313 زــيف 5ءايزيف - phys123...2 ميحرلا نęرلا İا مسب دعب امأ...

5فيزياء

اعداد: أ/نبيل ابراهيم امللك

مدرسة احملرق الثانوية للبنني

................................اسم الطالب:.............. ................................الرقم األكادميي:..........

.....................سلسل:.......................الترقم

مالحظة مهمة: الكتاب هو املرجع األساسي يوحمتويات هذا امللف ال يغني عن الكتاب املدرس

313ز ــفي

م 5201

الفيـــــزياء احلـــديثة

http://www.google.com.bh/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=zsnrpsaOjJxufM&tbnid=nIfhJDWQ-EOxcM:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http://www.theloosh.com/emily/2012/05/unity-in-duality-quantum-physics-and-eastern-philosophy/&ei=mn7SUZrtCYeJrgezgoDACg&psig=AFQjCNFd5XbuVg5bseQhTqHJqgKorPksWw&ust=1372835866230326

2

بسم اهلل الرمحن الرحيم

احلمد هلل رب العاملني والصالة والسالم على سيدنا حممد وعلى آله وصحبه أمجعني , أما بعد, , 1حبمد اهلل وعونه فقد مت اعداد هذه املفكرة من سلسلة املفكرات التي قمت باعدادها بداية بفيزياء

لطالب املستوى الثالث . 5صوال اىل فيزياء لطلبة املستوى األول باملرحلة الثانوية و

وانني اذ أقدم هذا العمل املتواضع خدمة ألعزائي الطالب وأخواني املدرسني يف مملكتنا احلبيبة, متمنيا حتقيق االستفادة واملوفقية للجميع بأذنه تعاىل.

و حتضري بعض الرسومات أو الشروحات , الكتابةومما ال شك فيه أن تقع بعض األخطاء واهلفوات أثناء

وأكون ممتنا لكل من تفضل من الزمالء املدرسني والطلبة األعزاء مبوافاتي بالنصيحة , واملشورة , أو ما يرتأونه مناسبا للتعديل أو التغيري , أو التصويب من خالل االتصال أو مراسلتي عرب الربيد االلكرتوني.

اهلل املوفق.و

أ.نبيل ابراهيم الملك

مدرسة المحرق الثانوية –مدرس أول علوم ) فيزياء (

39161680ت:

بريد الكتروني

[email protected]

3

الضوء عبارة عن موجات ملاكسويلنظرية املوجات الكهرومغناطيسية :

كهرومغناطيسية وليس جسيمات.

استطاعت نظرية ماكسويل تفسري الظواهر التالية :

االستقطاب –الحيود –التداخل

فشلت نظرية ماكسويل يف تفسريالظواهر التالية :

: ومن ضمنها تفسير الطيف المنبعث انبعاث االشعاع الكهرومغناطيسي - من جسم ساخن.

: ومن ضمنها تفسير تفريغ امتصاص االشعاع الكهرومغناطيسي - الجسيمات المشحونة كهربائي من سطح فلزي عند سقوط األشعة

عليها. ) والتي سوف نتناولها في ظاهرة االنبعاث الكهروضوئي(. UVفوق البنفسجية

أمثلة على اشعاع األجسام الساخنة:

االشعاع المنبعث من الشمس. -2فتيلة المصباح المتوهجة -1

الرسم البياني لطيف االنبعاث جلسم متوهج عند درجات حرارة خمتلفة

األطوال اشعاعا على مدى من عند درجة حرارة معينة تبعث الفتيلة المتوهجة .1في نفس الوقت ويشمل ذلك الطيف المرئي و الغير مرئي مثل األشعة الموجية

تحت الحمراء واألشعة فوق البنفسجية ويسمى ذلك بطيف االنبعاث.

الذي تنبعث الطول الموجيفان عند زيادة درجة حرارة فتيلة مصباح متوهج .2ر الى يتغير لونها من األحم، وبالتالي يقلعنده الكمية العظمى من الطاقة

البرتقالي فاألصفر وأخيرا األبيض ) ألنها تشع جميع ألوان الطيف المرئي(.

عند زيادة درجة الحرارة تزداد الطاقة المنبعثة من الجسم في كل ثانية على .3) القدرة شكل موجات كهرومغناطيسية ) القدرة الكلية المنبعثة( حيث وجد أن

األجسام األسخن تشع قدرة أكبر بالمقارنة باألجسام األبرد.أي أن درجة الحرارة المطلقة )كلفن(. Tحيث ( . α 4Tالمنبعثة

الطيف الكهرومغناطيسي

الفصل األول : نظرية الكم

:النموذج اجلسيمي للموجات 1-1

مقدمة

األجسام املتوهجةاالشعاع من

http://www.google.com.bh/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=HjgkwammfK_u8M&tbnid=gxbmmroKX_6BeM:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/medicalphysics/medical_lectures/medical_lectures_6a.htm&ei=DMsbUYmJJa6X0QWZmoGABQ&psig=AFQjCNFGTauX0z96m0uGVd2C9L46FnUswQ&ust=1360862348658769

http://www.google.com.bh/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=HjgkwammfK_u8M&tbnid=gxbmmroKX_6BeM:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/medicalphysics/medical_lectures/medical_lectures_6a.htm&ei=DMsbUYmJJa6X0QWZmoGABQ&psig=AFQjCNFGTauX0z96m0uGVd2C9L46FnUswQ&ust=1360862348658769

4

المتوهجة على الشدة النسبية للموجات الكهرومغناطيسية المنبعثة ذات الترددات ألجسام: تعتمد األلوان التي تراها العين من ا1مالحظة

المختلفة وعلى حساسية العينين لهذه الموجات.

: لم تستطع نظرية ماكسويل تفسير شكل الطيف الموضح بالرسم )طيف االنبعاث(. وقد استطاع بالنك تفسير شكل الطيف.2مالحظة

.لحصول على منحنى مطابقاستخدام نظريته المشهورة واستطاع من خالل نتائج تجاربه اب

ر زيادة درجة احلرارة على كل من وشدة االشعاع املنبعث جلسم متوهج. وضح أث الطول املوجي: بالرجوع للرسم البياني بني ؤالس (يقل. ) لطاقة العظمى املنبعثةل الطول املوجي -أ

تزداد() شدة االشعاع للطاقة العظمى املنبعثة. -ب

:فروض ماكس بالنك الذرات غير قادرة على تغيير طاقتها بشكل مستمر. -1 وتساوي: طاقة اهتزاز الذرات في الجسم الصلب لها ترددات محددة فقط. -2

طاقة الذرة المهتزة تساوي حاصل ضرب عدد صحيح في ثابت بالنك وفي تردد االهتزاز. أي أن: J/HZ34 -h=6.63×10حيث أن ثابت بالنك

الطاقة مكماة، أي أنها توجد على شكل حزم أو كميات معينة. -3

ماكسويل والذي يرى الذرة المهتزة تشع موجات كهرومغناطيسية فقط عندما تتغير طاقة اهتزازها من حالة ألخرى، على عكس توقع -4

كما وأن والطاقة المنبعثة تساوي التغير في طاقة اهتزاز الذرة. بأن الذرة المهتزة تشع موجات كهرومغناطيسية بشكل دائم ومستمر.

E=nhf ( n=0,1,2,3,….)

E=0, hf , 2hf , 3hf ,… ( n=0,1,2,….)

ΔE= E2 – E1

بالنكنظرية ماكس

5

)ذو تردد ظاهرة انبعاث الكترونات من سطوح الفلزات عند تعرضها الشعاع كهرومغناطيسي الكهروضوئي:ظاهرة التأثري )االنبعاث

مناسب.

:الصعوبات التي واجهت النظرية املوجية ملاكسويل

لم تستطع النظرية الموجية لماكسويل تفسير الظواهر التالية: مشحون بشحنة سالبة ، فانه يفقد شحنته، وال يفقدها عندما يسقط عليه ضوءا مرئيا.عند سقوط األشعة فوق البنفسجية على لوح زنك -1 عند سقوط األشعة فوق البنفسجية أو الضوء المرئي على لوح زنك مشحون بشحنة موجبة فانه يظل مشحونا دون أن يفقد شحنته. -2

أداة تستخدم لدراسة ظاهرة االنبعاث الكهروضوئي. اخللية الكهروضوئية :

اخللية الكهروضوئية تركيب: قطبني كهربائيني فلزيني ) املصعد واملهبط(. -1

القطب األكبر ويتكون من صفيحة مقعرة مطلية بمادة السيزيوم أو أي فلز قلوي آخر. المهبط ) الكاثود(: -أ القطب األصغر ويتكون من سلك رفيع وذلك لكي ال يحجب االشعاع الساقط على المهبط. المصعد )األنود( : -ب

أنبوب خملخل من اهلواء مصنوع من مادة الكوارتز. -2

:علل ملا يأتي الكهروضوئية.خلخلة اهلواء يف اخللية -أ

لمنع تأكسد سطحي الفلزين. -1 لمنع االلكترونات من التباطؤ والتوقف نتيجة تصادمها مع جزيئات الهواء. -2

استخدام أنبوب مصنوع من الكوارتز يف اخللية الكروضوئية. -ب

ألن الزجاج العادي يمتص األشعة فوق البنفسجية. البنفسجية بالنفاذ من خالله، وذلك للسماح لألطوال الموجية واألشعة فوق

يصنع املصعد ) القطب األصغر( من سلك رفيع جدا.-ج وذلك يسمح لمعظم األشعة بالنفاذ وال يحجب اال كمية صغيرة فقط من األشعاع.

- - - - - - - - - - - لوح زنك

UV

+ + + + + + + + لوح زنك

UV

اخللية الكهروضوئية

التأثري الكهروضوئي ) االنبعاث الكهروضوئي(

6

كيفية عمل اخللية الكهروضوئية:

كهرومغناطيسي على المهبط في الخلية الكهروضوئية ال عندما ال يسقط اشعاع -1 .) ألن الدائرة الكهربائية مفتوحة( يسري تيار كهربي

( بحيث يكون أكبرمن أو fعندما يسقط اشعاع كهرومغناطيسي ذو تردد معين ) -2

( فانه تتحرر االلكترونات من المهبط وتتدفق باتجاه ofيساوي تردد العتبة )

كهربائي في الدائرة يتم قياسه بواسطة الجلفانومتر.المصعد ، فيمر تيار

مالحظات هامة: يتغير تردد العتبة بتغير نوع مادة الفلز في المهبط. -1 ال تعتمد تحرير االلكترونات ) مرور التيار( على شدة الضوء الساقط ولكن يعتمد على تردده ) أكبر من أو يساوي تردد العتبة(. -2 .أن يكون تردد الضوء أكبر من تردد العتبةأي زيادة شدة التيار بشرط يؤدي لزيادة تدفق االلكترونات الضوئيةزيادة شدة االشعاع -3

علل ملا يلي: تتحرر االلكرتونات من السيزيوم عند استخدام مجيع األلوان يف الطيف املرئي عدا األمحر. -1

لي فانه ال يمتلك الطاقة الكافية لتحرير االلكترونات من الفلز.ألن تردد اللون األحمر أقل من تردد العتبة للسيزيوم وبالتا على عكس بقية ألوان الطيف المرئي والتي تمتلك ترددات أكبر من تردد العتبة للسيزيوم.

ال تتحرر االلكرتونات من سطح الزنك عند تعريضها ألي طول موجي للضوء املرئي. -2

ردد العتبة لفلز الزنك، لذا فان طاقتها غير كافية لتحرير االلكترونات من الزنك.ألن نطاق ترددات الطيف المرئي أقل من ت

عند سقوط األشعة فوق البنفسجية على لوح زنك مشحون بشحنة سالبة ، فانه يفقد شحنته. -3االلكترونات) سالبة الشحنة( من ألن تردد األشعة الفوق بنفسجية أكبر من تردد العتبة للزنك وبالتالي فان لديها الطاقة الكافية لتحرير

سطح الفلز ، فينشحن اللوح بشحنات موجبة لتتعادل مع الشحنات السالبة الموجودة عليه أصال، مما يؤدي لفقدان شحنته.

عند سقوط األشعة فوق البنفسجية أو الضوء املرئي على لوح زنك مشحون بشحنة موجبة فانه يظل مشحونا دون أن يفقد شحنته. -4

وط األشعة فوق البنفسجية تعمل على تحرير االلكترونات من لوح الزنك بفعل ظاهرة االنبعاث الكهروضوئي ) تردد االأشعة ألن سق فوق البنفسجية أكبر من تردد العتبة للزنك ( ، فينشحن اللوح بشحنات موجبة تضاف الى الشحنات الموجبة الموجودة عليه أصال.

الكهرومغناطيسية ملاكسويل لظاهرة االنبعاث الكهروضوئي.تفسري نظرية املوجات

فشلت نظرية املوجات الكهرومغناطيسية ملاكسويل يف تفسري ظاهرة االنبعاث الكهروضوئي، وقد فسرها كاآلتي: عند سقوط اشعاع كهرومغناطيسي على سطح فلز ، يعمل المجال الكهربي على تحرير االلكترونات وتسريعها. .1 بزيادة شدة االشعاع الكهرومغناطيسي يزداد شدة المجال الكهربي ويزداد تحرر االلكترونات وتسريعها. .2عندما تكون شدة االشعاع قليلة ) ضوء خافت( ، فان االلكترونات في الفلز تحتاج فترة طويلة المتصاص الطاقة وذلك الكتساب طاقة .3

كافية لتحريرها.

7

لظاهرة االنبعاث الكهروضوئي. تفسري نظرية اينشتاين

( E=hf) ، طاقتها ترتبط بترددها من خالل العالقة فوتوناتتتركز الطاقة على شكل كمات تسمى .1 (o=hfoE)ترتبط االلكترونات الحرة بالذرات بقوة معينة تختلف من فلز آلخر. ولتحريرها يجب تزويدها بحد أدنى من الطاقة .2 فانه ليس لديه الطاقة الكافية لتحرير االلكترونات. ofاذا كان تردد الفوتون في االشعاع الساقط أقل من تردد العتبة .3 .ال يمكن تجميع الطاقة الغير كافية لعدة فوتونات لتحرير الكترون، وبالتالي مع الكترون واحدكل فوتون يتفاعل .4 ، فان جزءا من الطاقة يستخدم لتحرير االلكترون )وتسمى دالة ofفي االشعاع الساقط أكبر من تردد العتبة f اذا كان تردد الفوتون .5

( بينما تتحول الطاقة الزائدة الى طاقة حركية لاللكترون المتحرر.أو W ويرمز لها بالرمز الشغل )اقتران(

الكترونات ضوئية أكثر لكل ثانية أي تيار الضوء ذو الشدة العالية يحتوي على فوتونات أكثر لكل ثانية ، وبالتالي يتسبب بتحرير عدد .6 كهربائي أكبر ) بشرط أن يكون تردد الضوء أكبر من تردد العتبة(.

( لقياس الطاقة بدال من الجول ، ألن وحدة الجول eV: في األنظمة ذات الحجم الذري نستخدم وحدة االلكترون. فولت )مالحظة هامة

(، وبناءا عليه تصبح طاقة الفوتون: J 19-1eV= 1.6×10أن ) حيث تعتبر وحدة طاقة كبيرة جدا للحجوم الذرية،

س: كيف ميكن قياس الطاقة احلركية لاللكرتونات املتحررة ؟ الدائرة الكهربية الموضحة بالشكل والتي تتكون من خلية كهروضوئيةوذلك باستخدام

مجزيء الجهد للتحكم في فرق الجهد المستخدم. -جلفانومتر يتم توصيل الخلية الكهروضوئية بالبطارية بحيث يتصل مصعد الخلية بالقطب -1

السالب للبطارية والمهبط بالقطب الموجب.. فنالحظ انحراف مؤشر مناسبيتم تعريض مهبط الخلية لضوء )اشعاع( ذو تردد -2

الجلفانومتر وهو دليل مرور تيار كهربي.يتم زيادة فرق الجهد المعاكس تدريجيا، فنالحظ نقصان التيار المار في الدائرة -3

) أو سرعة( كبيرة فقط. بسبب نقصان عدد االلكترونات التي تصل للمصعد ، فتصل تلك التي لديها طاقة حركية جهد االيقاف أو القطعيسمى نزيد فرق الجهد المعاكس حتى ينعدم التيار المار في الدائرة. ونعين فرق الجهد الذي أدى النقطاع التيار ) -4

0V.)

ن:عند جهد االيقاف تكون الطاقة الحركية لاللكترونات مساوية للشغل المبذول من المجال الكهربي اليقافها. أي أ -5

حيث أن:

KEالطاقة الحركية العظمى لاللكترون المتحرر : ( J )

qشحنة االلكترون وتساوي : C 19-1.6×10 -

oV جهد األيقاف أو القطع :( J/C or V)

v ( سرعة االلكترونات العظمى :m/s )

حيث أن :

E ( طاقة الفوتون بوحدة الجول: J)

λ :( الطول الموجي للفوتون بوحدة المترm)

حيث أن :

hثابت بالنك ومقداره : J/Hz 34-10 6.626×

f تردد الفوتون الساقط : (HZ)

0fتردد العتبة للفلز :(HZ)

Wاقتران الشغل : (Joule or eV)

اختبار نظرية أينشتاين

حيث أن :

E ( طاقة الفوتون بوحدة االلكترون. فولت:eV)

λ : ( الطول الموجي للفوتون بوحدة النانومترnm)

ohfhfKE

WhfKE

hchfE

2

2

1mvqVKE o

1240E

8

مالحظات مهمة:

، لذا تكون سرعة الكترونات الذرات القريبة من بسبب تصادمها مع الذرات قبل خروجهاسرعة االلكترونات بعد تحررها تكون مختلفة ، -1 السطح أكبر من سرعة الكترونات الذرات في الطبقات السفلى.

أو القطع ال تستطيع أسرع االلكترونات الوصول الى المصعد ، لذا ينعدم التيار الكهربائي. عند جهد االيقاف -2

س: كيف ميكن قياس طاقة فوتون ضوئي عمليا؟ ت قياس الطاقة الحركية لاللكترونا أوج: عن طريق قياس الطاقة الحركية لاللكترونات المتحررة من سطح فلز عند طولين موجيين مختلفين

المتحررة من سطح فلز معلوم عند طول موجي معين.

: تحويل ضوء الشمس الى طاقة كهربائية.األلواح الشمسية -1

التحكم في فتح األبواب آليا باستخدام فاحتات باب املواقف ) الكراجات(: -2

كهروضوئية.دوائر كهربائية تحتوي على خلية

التحكم يف اضاءة مصابيح الشوارع واطفاءها ) املفاتيح االلكرتونية(. -3

ال تتحررمن تردد العتبة أقلعندما يكون تردد الفوتون الساقط الكترونات أبدا.

لتردد العتبة مساوياعندما يكون تردد الفوتون الساقط of تكون طاقته ،

، دون تزويده بطاقة حركية. لتحرير االلكترون فقط كافية

من تردد العتبة ، يكتسب أكبرعندما يكون تردد الفوتون الساقطتزداد بزيادة تردده ، عندها يمكن طاقة حركيةالمتحرر االلكترون

بخط مستقيم كما هو مبين بالشكل. ينهماتمثيل العالقة ب ( التردد –الطاقة الحركية العظمى )يمثل ميل الخط المستقيم في منحنى

:. أي أن hثابت بالنك

يمثل نقطة تقاطع الخط المستقيم مع المحور الرأسي

مالحظات مهمة: ، ويختلف باختالف نوع الفلز . Xنقطة تقاطع الخط المستقيم مع المحور بيانيا من خالل of يمكن تعيين تردد العتبة -1 Yوتقع على نقطة تقاطع الخط المستقيم مع المحور , oW=hf ( من خالل العالقةWيمكن حساب دالة الشغل ) أو اقتران الشغل -2

العالقة البيانية بني الطاقة احلركية العظمى لاللكرتونات املتحررة وتردد الفوتونات الساقطة

تطبيقات على ظاهرة االنبعاث الكهروضوئي

HZJF

KEh /1063.6 34

9

س: ا املقصود بكل من املصطلحات التالية: مناسب.ذو تردد ظاهرة انبعاث الكترونات من سطوح الفلزات عند تعرضها الشعاع كهرومغناطيسي :ظاهرة االنبعاث الكهروضوئي -1

أداة تستخدم لدراسة ظاهرة االنبعاث الكهروضوئي. :روضوئيةهاخللية الك -2

أقل تردد لالشعاع يمكنه تحرير الكترونات من سطح الفلز. :تردد العتبة -3

بطاقة حركية.أقل طاقة الزمة لتحرير االلكترون األضعف ارتباطا بالذرة )المدار األخير( دون تزويده :دالة )اقرتان( الشغل لفلز -4

أقل فرق جهد بين قطبي الخلية الكهروضوئية تنعدم عنده شدة التيار الكهروضوئي. :جهد األيقاف )القطع( -5

الطاقة التي يكتسبها الكترون يتسارع عبر فرق جهد مقداره فولت واحد. :(eVااللكرتون.فولت ) -6

، وأن زخم الفوتون يساوي حاصل P)كمية تحرك( زخم، باالضافة أن له KE طاقة حركيةعديم الكتلة له جسيمأوضح أينشتاين أن الفوتون

قسمة ثابت بالنك على الطول الموجي للفوتون.

للضوء ) أنه يتكون من فوتونات(، وأنه يحقق قانوني حفظ الزخم)كمية التحرك( وحفظ قام كومبتون بعدة تجارب الثبات النموذج الجسيمي الطاقة. والذي سمي فيما بعد "تأثير كومبتون".

ظاهرة تشتت الفوتون عند اصطدامه بمادة ، مما يسبب تقليل في طاقة الفوتون وزخمه. :تأثري كومبتون

(. كما هو موضح λ‘المشتتة ) X(على هدف من الجرافيت، وقاس الطول الموجي ألشعة λمعلومة الطول الموجي ) Xسلط كومبتون أشعة

بالرسم.

جتربة كومبتون

تأثري كومبتون

h

C

hf

C

Ep Kg.m/s

10

؟ماذا الحظ كومبتون من خالل التجربة المشتتة لم يتغير طولها الموجي. Xبعض أشعة - 1

الساقطة وبالتالي فان طاقتها وزخمها قلت تبعا للعالقات Xالمشتتة طولها الموجي أكبر من الطول الموجي ألشعة Xبعض أشعة -2

التالية:

االستنتاج:يساويان الطاقة والزخم اللذين تفقدها الفوتونات. أي أن الفوتونات تحقق قانوني الطاقة والزخم الذين اكتسبها االلكترونات المتحررة من الهدف

حفظ الزخم وحفظ الطاقة عندما تصطدم بجسيمات أخرى.

الجسيمات.يتضح من خالل ظاهرة التأثير الكهروضوئي وتأثير كومبتون أن للموجات الكهرومغناطيسية العديمة الكتلة زخما وطاقة ك

س: هل تسلك اجلسيمات املادية سلوك املوجات؟ اقترح دي برولي أن الجسيمات المادية كاأللكترونات والبروتونات لها خصائص موجية كالتداخل والحيود وغيرها. -3أثبتت تجارب العالم تومسون والعالمان دافيسون وجيرمر أن االلكترونات تحيد عند تسليطها على بلورة رقيقة جدا ، وتكون نمط حيود -4

التي لها نفس الطول الموجي. كما وتمكن العالمان من قياس الطول الموجي المصاحب Xمشابه لنمط الحيود الذي تكونه أشعة

اوية الحيود عن البلورة واستخدام المعادالت الرياضية.لاللكترون من خالل تعيين ز

mvpزخم الجسيم المادي المتحرك

زخم الموجات الكهرومغناطيسية ) الفوتونات(

hp

وبمساواة الطرفين

أي أن طول موجة دي برولي المصاحبة لجسيم متحرك تساوي حاصل قسمة ثابت بالنك على زخم الجسيم.

من خالل العالقة: Vيتسارع عبر فرق جهد معين vيمكن ايجاد سرعة الكترون مالحظة:

طول موجة دي برويل +

+ +

+ +

- -

- -

- -

-

V

e- v

:موجات املادة 1-2

hp

chhfE

mv

h

p

h

hmvp

qVmvKE 2

2

1

11

يتضح مما سبق أن النموذج الجسيمي للضوء قد نجح في تفسير بعض الظواهر كالتأثير الكهروضوئي وتأثير كومبتون وانبعاث وامتصاص

كالحيود والتداخل واالستقطاب. االشعاع الكهرومغناطيسي ، فيما نجح النموذج الموجي للضوء في تفسير ظواهر أخرى

ولذا فان النموذجان يلزمان معا لتفسير سلوك الضوء بصورة عامة.

حتديد املوقع والزخم جلسيم متحرك ومبدأ عدم التحديد هليزنربج

ين لتحديد موقع جسيم صغيرمتحرك كااللكترون مثال يجب أن نسقط عليه ضوءا ، ثم نقوم بتجميع وتحليل الضوء المنعكس عنه بواسطة جهاز أو الع

البشرية.

عالية(.يصعب تحديد الموقع بدقة بسبب تأثير ظاهرة الحيود. ولتقليل ذلك نستخدم ضوء أو اشعاع ذو طول موجي قصير ) تردد كبير وطاقة

عند استخدام اشعاع ذو طول موجي صغير وطاقة عالية فان الجسيم يكتسب جزءا من الطاقة وبالتالي يتغير زخمه. أي أن كلما زادت الدقة في

تحديد موقع الجسم زاد عدم التحديد في قياس زخمه ، والعكس صحيح. وهو ما نص عليه مبدأ عدم التحديد لهيزنبرج.

ال يمكن قياس زخم جسيم وتحديد موقعه بدقة في الوقت نفسه. :زنربجمبدأ عدم التحديد هلي

اجلسيمات واملوجات

12

HZ 151×10: احسب طاقة الفوتونات الشعاع تردده 1تدريب

eVبوحدة -ب بوحدة اجلول -أ

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

بوحدة اجلول -ب eVبوحدة -. أ 48nm 3احسب طاقة الفوتونات الشعاع فوق بنفسجي طوله املوجي :2تدريب................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

. فاحسب: 310nmكان طول موجة العتبة للزنك : اذا3تدريب eVاقرتان الشغل بوحدة -ب HZتردد العتبة للزنك بوحدة -أ

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

. 633nmملهبط السيزيوم 0λيسقط ضوء بنفسجي على مهبط خلية كهروضوئية من السيزيوم . فاذا كان طول موجة العتبة :4تدريب

eVاحسب اقرتان الشغل بوحدة -أ

eVعلى السيزيوم فما طاقة االلكرتونات املتحررة بوحدة 425nmاذا سقط ضوء بنفسجي طوله املوجي -ب................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

رتونات منه؟، فما أكربطول موجي للضوء يستطيع حترير الك 2.48eV: اذا كان اقرتان الشغل للباريوم 5تدريب................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

ما يسقط عليه ضوء أزرق يف حني تنبعث الكرتونات ضوئية من التنجسنت عندما : تنبعث الكرتونات ضوئية من البوتاسيوم عند6تدريب له اقرتان شغل أكرب -له تردد عتبة أكرب ب -يسقط عليه أشعة فوق بنفسجية. أي الفلزين: أ

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

تدريبات متنوعة على الفصل األول

13

ملنع سريان التيار الكهربائي يف خلية كهروضوئية . احسب: V 3.2: يلزم جهد ايقاف مقداره 7تدريب الطاقة احلركية العظمى لاللكرتونات الضوئية املتحررة. -أ

العظمى لاللكرتونات املتحررة.السرعة -ب

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

، فما 1.44Vبفلز ما ، فحرر الكرتونات منه. اذا مت ايقاف هذه االلكرتونات باستخدام فرق جهد λ=532nm: اصطدم ضوء أخضر 8تدريب . eVمقدار اقرتان الشغل للفلز بوحدة

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

. nm24.8×10زخم فوتون الضوء البنفسجي الذي طوله املوجي : احسب9تدريب

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

. أجب عما يلي: m/s 8.5بسرعة 7kg: تتدحرج كرة بولنج كتلتها 10تدريب ما مقدار طول موجة دي برويل املصاحبة للكرة. -أ

؟ملاذا ال تظهر كرة البولنج سلوك موجي مالحظ -ب

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

. أوجد ما يلي: V 35×10: يتسارع الكرتون يف انبوبة أشعة مهبطية من السكون خالل فرق جهد 11تدريب الطول املوجي املصاحب لاللكرتون. -االلكرتون. دزخم -سرعة االلكرتون. ج -الطاقة احلركية لاللكرتون. ب -أ

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

14

. فاحسب:2.2eVي : اذا علمت أن اقرتان الشغل لفلز ما يساو12تدريب .ل موجة العتبةتردد العتبة وطو -أ

HZ15 1×10الطاقة احلركية العظمى لاللكرتونات الضوئية التي تنبعث من سطح الفلز عند تعرضه الشعاع تردده -ب

جهد االيقاف. -ج

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

لعناصر التالية هي:: اذا علمت أن اقرتان الشغل لكل من ا13تدريب(K=2.26 eV), ( Zn=4.24 eV), (W= 4.49 eV)

؟ 280nmفأي منها تصدر عنه الكرتونات ضوئية عندما يضاء باشعاع فوق بنفسجي طوله املوجي

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

البياني املوضح أدناه يبني العالقة بني الطاقة احلركية العظمى لاللكرتونات الضوئية املنطلقة من فلز ما وتردد االشعاع : الشكل 14تدريب . احسب:على الفلز الساقط

)أقل تردد للضوء يستطيع حترير االلكرتونات ( تردد العتبة. -أ

...........................................................................................................................

طول موجة العتبة. )أكرب طول موجي لضوء ساقط يستطيع حترير الكرتونات -ب

من سطح الفلز (...........................................................................................................................

...........................................................................................................................

...........................................................................................................................

اقرتان الشغل.دالة -ت

............................................................................................................................

............................................................................................................................

............................................................................................................................

من الرسم البياني. hسب ثابت بالنك اح -ث

....................................................................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................................................................

eV 3.5طاقة الفوتونات التي حررت الكرتونات ضوئية بطاقة حركية عظمى مقدارها -ج............................................................................................................................................................................... ...............................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

( ت

نارو

كتالل

لى

ظملع

اية

ركح ال

قةطا

الe

V )

( HZ14 ×10التردد )

15

؟ HZ 1410×9لكرتون املتحرر اذا كان تردد الفوتون الساقط عليه سرعة اال -د ............................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

طول موجة دي برويل املصاحب لاللكرتون املتحرر يف الفرع ) د( . -هـ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

. 1e.Vزخم فوتون الذي لو سقط على الكرتون يف ذرة الفلز ألكسبه طاقة حركية قدرها -و ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

تأمل الشكل املوضح أدناه . ثم أجب عن األسئلة التالية: :15تدريب

ماذا تسمى هذه الظاهرة؟ -1 من حيث:قارن بني الفوتون الساقط والفوتون املتشتت -2

.الطول املوجي -الزخم -الطاقة........................................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................................ ...........................................................................................

، احسب : 4nmعلى الكرتون ، لتخرج بطول موجي 1nmيف جتربة كومبتون سقط فوتون طوله املوجي :16تدريب .زخم الفوتون الساقط واملشتت -1

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

زخم االلكرتون بعد اصطدام الفوتون به. -2

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

كرتون بعد التصادم.سرعة االل -3

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

موجة دي برويل املصاحبة لاللكرتون. -4................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

16

، أجب عن األسئلة التالية:1.4e.V: خلية كهروضوئية مهبطها من فلز له اقرتان شغل يعادل 17تدريب .احسب تردد العتبة ملادة املهبط -1

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

على الكرتون ذرة الفلز املذكور فاحسب ما يلي:800nmاذا سقط شعاع طوله املوجي -2

زخم الفوتون. -أ

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

طاقة الفوتون. -ب

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

طاقة حركة االلكرتون. -ت

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

سرعة االلكرتون. -ث

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

طول موجة دي برويل املصاحبة لاللكرتون. -ج

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

جهد القطع الالزم اليقاف االلكرتون. -ح................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

األشعاع املنبعث من جسم متوهج مع الطول املوجي لكل شعاع منبعث عند ثالث درجات : الشكل التايل يبني العالقة بني شدة 18تدريب . تأمل الشكل ثم أجب عما يلي: A,B,Cحرارة خمتلفة هي

؟ (A)ما أعلى شدة لالشعاع عند درجة حرارة -1

....................................................................................................................

؟ (B)ما الطول املوجي ألقصى شدة اشعاع عند درجة احلرارة -2

...............................................................................................

هل جيب أن يكون لون توهج اجلسم مطابقا للون اشعاع األقصى شدة ؟ وضح ذلك ؟ -3

.............................................................................................. ..............................................................................................

..............................................................................................

..............................................................................................

؟ (C)أو (B)أو (A)أي درجات احلرارة هي األعلى -4

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

؟(C)و (A)ما بني درجة حرارة 1000nmما الفرق بني شدة األشعاع الذي طوله املوجي -5........................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................

17

االلكترونات السالبة واثبت ان الذرة تتكون من جسيمات دون ذرية ومسونتفى نهاية القرن التاسع عشر اكتشف. االلكترونات السالبة تتوزع خالل هذه المادة الموجبة تماما مثل حبات ، وأنالموجبة الثقيلة تمأل الذرة اعتقد ان المادة

الزبيب داخل الفطيرة المسطحة .

بناءا على اقتراح رذرفورد. جيجر وماريسدن أجراها العاملان

:اجلهاز املستخدم يتكون من- لوح معدنى مغطى بكبريتيد الخارصين )كبريتيد الخارصين يعطى وميضاً عند سقوط جسيمات -1

ألفا عليه(. مصدر لجسيمات ألفا. -2 شريحة رقيقة من الذهب. -3

خطوات التجربة فيحة رقيقة جدا من قذف رذرفورد حزمة من جسيمات ألفا ناتجة من مصدر مشع على ص -1

الذهب . خالل الومضات. ألفا المصطدمة باللوح منتم تحديد مكان وعدد جسيمات -2

املشاهدة واالستنتاج

النموذج النووي لرذرفورد -من التجربة السابقة وجتارب أخرى متكن رذرفورد من وضع النموذج التاىل: معظم الذرة فراغ وهى متعادلة الشحنة . -1

شحنتها موجبة . -تتركز فيها كتلة الذرة توجد فى مركز الذرة نواة صغيرة جدأ -2

الكواكب حول الشمس ركما تدوتدور اإللكترونات حول النواة بسرعة كبيرة فى مدارات خاصة -3

." منوذج الكواكب"ولذلك سمي بـ . لنواةرغم قوى الجذب بينها وبين ا

االستنتاج المشاهدة

نفذت معظم جسيمات ألفا خالل الصفيحة دون انحراف.

معظم الذرة فراغ وليست كرة مصمتة

ارتد بزوايا كبيرة جدا زادت نسبة قليلة -2

درجة. 90عن

الذرة في النواةتتركز كتلة

شحنة النواة موجبة مثل شحنة جسيمات بعضها انحرفت قليال عن مسارها. -3 ألفا لذا تنافرت معه.

الفصل الثاني : الـــــذرة

:منوذج بور الذري 1-2

مقدمة

النموذج النووي لرذرفورد

جتربة رذرفورد

18

الكواكب سلبيات منوذج المتسارعة اثناء دورانها حول النواة تشع طاقة عن طريق انبعاث اتال يتفق نموذج الكواكب مع النظرية الكهرومغناطيسية . الن االلكترون -1

ثانية . 10-9موجات كهرومغناطيسية ومعدل فقد االلكترون لطاقته يجعل مساره لولبيا حتى يحط اخيرا فى النواة خالل

ان االلكترونات المتسارعة سوف تشع طاقتها عند كل االطوال الموجية ولكن ثبت فعليا ان الضوء المنبعث من الذرات ديتوقع نموذج رذرفور -2

يشع عند اطوال موجية محددة فقط .

ضوء ينبعث من األجسام الساخنة و المتوهجة في نطاق محدد من الترددات .: تعريفه

أو مجموعة األطوال الموجية الكهرومغناطيسية التي تنبعث من الذرة.

:توجد أنواع عديدة لطيف االنبعاث وذلك حبسب حالة وتركيب املادة التي تصدر الطيف . وسنكتفي هنا بدراسة نوعني فقط. أنواعه

طيف االنبعاث الناتج من المواد الصلبة المتوهجة ) طيف االنبعاث المستمر( -1كهربي عبارة عن حزمة متصلة من الوان الطيف من االحمر دة صلبة متوهجة مثل فتيلة المصباح الاالطيف المنبعث من جسم ساخن او من م

لجميع المواد الصلبة. متشابهوهو الى البنفسجى .

طيف االنبعاث الناتج من الغازات المتوهجة ) طيف االنبعاث الخطي(. -2 وتختلف تلك الخطوط من غاز آلخر.، الطيف المنبعث من الغاز عبارة عن سلسلة من الخطوط المنفصلة ذات الوان مختلفة .مميزا للمادةفالضوء المنبعث يحتوي على أطوال موجية مميزة لذرات ذلك الغاز ، ولذلك يعتبر طيف االنبعاث للغازات

كيف حنصل على طيف االنبعاث؟

منخفض وباستخدام فرق جهد عال مستمر يتوهج الغاز نضع الغاز فى انبوبة تفريغ كهربي تحت ضغط - 1 يسمى المطياف . نمرر الضوء المنبعث من الغاز خالل جهاز -2

المنشور ثم تعمل عدسة النظام )غير واضحة تسوية كما بالشكل ثم يشتت عندما يعبر خاللعندما يسقط الضوء على المطياف فإنه يعبر شقوق -3

وتسجيلة على شاشة فوتوجرافية او على كاشف. على تجميع الضوء المشتت فيمكن مشاهدة الضوء بالرسم (

a طيف االنبعاث للزئبق يظهر بخطوط )

مميزة. b طيف االنبعاث للباريوم ويظهر ايضا )

بخطوط مميزة.

أوال: طيف االنبعاث

طيف االنبعاث وطيف االمتصاص

19

استخدامات طيف االنبعاث .حتديد نوع عينة جمهولة من غاز -1

يوضع الغاز المجهول فى انبوبة تفريغ ليبعث ضوء يحتوى على اطوال موجية مميزة لذرات الغاز ويمكن تحديد نوع الغاز بمقارنة اطواله الموجية مع االطوال الموجية الموجودة فى خرائط خاصة الطياف العناصر المعلومة .

.معرفة الرتاكيز النسبية هلا حتليل خليط من الغازات ، و -2 يتم تصوير طيف االنبعاث لخليط من العناصر ثم يتم تحليل الخطوط فى الصورة حيث

.يشير كل نوع الى العناصر الموجودة والتراكيز النسبية لها

.حتديد الرتكيب النسبي للمادة -3 االختبار تحتوى على كمية اكبر من عنصر معين فان خطوط ذلك اذا كانت العينة قيد

ومن خالل اجراء المقارنة فة فى الصورة من العناصر االخرى العنصر تكون اكثر كثا بين كثافات الخطوط يمكن تحديد التركيب النسبى للمادة .

أمثلة لطيف االنبعاث لبعض العناصر املعروفة .هى االحمر واالخضر واالزرق والبنفسجى كما بالشكل التالى خطوطيتكون من اربعة : للهيدروجني طيف االنبعاث-1

: يتكون من خطان أصفران.طيف االنبعاث للصوديوم -3

على مطياف كما بالشكل التالى نجد ان الغاز يمتص اطواال موجية عند مرور ضوء ابيض خالل عينة من غاز بارد نسبيا ثم يمرر الطيف الناتج

محددة لذلك فان الطيف المستمر للضوء االبيض سوف يحتوى على خطوط معتمة محددة ومجموعة االطوال الموجية الممتصة بواسطة الغاز

تسمى طيف االمتصاص .

خطوط فرونهوفر وخطوط فرنهوفر في التي تتخلل الطيف الشمسي ، و هي تمثل أطياف امتصاص ألبخرة العناصر المحيطة بالشمس .هي الخطوط المعتمة السوداء طيف االمتصاص للشمس كثيرة بعضها خافت واآلخر قاتم اعتمادا على تراكيز العناصر في الشمس.

خطوط فرنهوفر(. علل ملا يلي: وجود خطوط معتمة يف الطيف الشمسي ) لها عندما يعبر الطيف المستمر لضوء الشمس الغالف الغازي المحيط بالشمس البارد نسبيا، تمتص الغازات الباردة الموجودة فيه طيف االنبعاث خطوط فرنهوفر" عندما تكون ساخنة أو مثارة )أي تمتص أطواال موجية محددة( ، فتتكون خطوط معتمة وهي ما تعرف بـ"

ثانيا: طيف االمتصاص

20

فرع من فروع العلم يهتم بدراسة االطياف .: تعريف التحليل الطيفي

:أهميته دراسة مكونات النجوم على مدى الفضاء المتسع . -1 تحديد وحساب كمية مجهولة من مادة عن طريق مالحظة االطياف التى تمتصا او تبعثها . -2تعمل المصانع على تحليل تركيب المعادن الخردة كالحديد، واأللمنيوم وغيرها من الفلزات ، وتعديل تركيبها ليتناسب مع : في الصناعة -3

المواصفات التجارية. تحليل الفلزات الموجودة على األرض. -4

علل ملا يلي: يستخدم طيفي االنبعاث واالمتصاص لتحليل تركيب املادة من العناصر. ج: ألن طيفي االنبعاث واالمتصاص مميزة للعنصر، أي أن كل عنصر له طيف انبعاث وامتصاص مختلف عن اآلخر.

علل ملا يلي: مت استخدام ذرة اهليدروجني لدراسة مكونات الذرة. ألنه أخف العناصر. -1 البنفسجي. -األزرق -األخضر-أربعة أطياف خطية: األحمرألن له أبسط طيف ، حيث يتكون الطيف المرئي للهيدروجين من -2

. قوانني الكهرومغناطيسية ال تطبق يف داخل الذرة -1 .فااللكترونات في المدار المستقر ال تشع طاقة رغم أنها تتسارع وبالتالي ال يحط اإللكترون في النواة وال تنهار الذرة

.بالذرة مكماة مستويات الطاقة -2 .وجد أن حالة االستقرار في الذرة ال تحدث اال عندما تكون مستويات الطاقة فيها لها كميات محددة

نقل طاقة االلكترونات في المستويات القريبة من النواة أقل من طاقة االلكترونات في المستويات البعيدة عن النواة ألنه يجب أن يبذل شغل ل

االلكترونات بعيدا عن النواة.

مستويات طاقة مكماة ) منوذج الكواكب(. تتكون الذرة من نواة مركزية تدور حوهلا الكرتونات هلا -3

حيث أن:E طاقة ذرة الهيدروجين بوحدة :eV

n: عدد الكم الرئيسي وهو عدد صحيح.

منوذج بور للذرة

فروض نظرية بور

يالتحليل الطيف

2

6.13

n

eVEn

21

وهو ما الذرات ال تبعث اشعاع أو طاقة يف حالة االستقرار، ولكنها تبعث طاقة كهرومغناطيسية عندما تتغري حالتها من حالة ألخرى -4 يفسر طيف االنبعاث املميز للذرة.

:حسب بورتفسري طيف االنبعاث املميز للذرة فانها تصبح مثارة وتزداد طاقتها بمقدار طاقة الفوتون. عندما تمتص الذرة فوتونات طاقتها -أ

عندما تنتقل الذرة المثارة من مستوى طاقة أعلى الى مستوى طاقة أقل فانها تشع فوتونا طاقته يساوي الفرق بين مستويي الطاقة. -ب

اللكرتون يدور حول النواة مكماة. Lمقدار الزخم الزاوي -5. أعداد صحيحة من المقدار حيث وجد أن الزخم الزاوي لاللكترون له قيم محددة وهي

نصف قطر مستوى االلكرتون يف الذرة مكماة. -6

مثال توضيحي لتكمية الطاقة: تكمية الطاقة كالسلم الذي يتناقص االرتفاع فيه بين الطبقات،

فال يمكنك أن تشغل مكانا بين درجتي السلم. فبالنسبة للذرة: طاقة الذرة ال يمكن أن يكون لها قيمة بين مستويين من مستويات -أ

الطاقة المسموح بها. يتناقص فرق الطاقة بين مستويات الذرة كلما ابتعدنا عن النواة. –ب

:مصطلحات تهمك : كمات محددة من الطاقة توجد في كل مستوى للذرة. مستوى الطاقة -1

: حالة الذرة عندما تمتلك أقل مقدار مسموح به من الطاقة. حالة االستقرار -2

الذرة عندما تكون في مستوى طاقة أعلى من مستوى االستقرار. : حالةحالة االثارة -3

مجموع طاقة حركة االلكترونات وطاقة الوضع الناتجة عن قوة التجاذب بين االلكترونات والنواة. :طاقة الذرة -4

العدد الصحيح الذي يحدد القيم المكماة لنصف القطر أو لطاقة مستوى االلكترون. (:n)عدد الكم الرئيسي -5

E= hf

حيث أن:ΔE.التغير في طاقة الذرة :

f.تردد الفوتون المنبعث أو الممتص :

fE.طاقة المستوى النهائي :

iE.طاقة المستوى االبتدائي :

حيث أن:r نصف قطر مستوى الكترون في ذرة الهيدروجين بوحدة :nm n.عدد الكم الرئيسي وهو عدد صحيح :

حيث أن:L. الزخم الزاوي :

h.ثابت بالنك :

r.نصف قطر مسار االلكترون: n.)عدد الكم الرئيسي ) رقم المستوى :

2

h

chhfEEEE ifphoton

)2

(

hnmvrL

2

2

22

2

053.0

)4

(

nr

nkmq

hr

n

n

22

استطاعت نظرية بور تفسير طيف ذرة الهيدروجين، بينما فشلت في تفسير طيف العناصر التي تليه كالهيليوم. -1

الذرة. لم تستطع تفسير عدم امكانية تطبيق قوانين الكهرومغناطيسية داخل -2

فكرته في أن االلكترون يدور في مستوى محدد وبنصف قطر معين تتعارض مع مبدأ عدم التحديد لهيزنبرج. -3

هي طاقة الذرة عندما يكون اإللكترون بعيدا جدا عن الذرة ) المستوى الالنهائي( وليس له طاقة حركة.الطاقة الصفرية:

هي الطاقة الالزمة لتحرير إلكترون بصورة كاملة من الذرة ) أي عندما ينتقل الى الماالنهاية(. الذرة : طاقة التأين

علل ملا يأتي : جيب أن تكون طاقة الذرة ذات قيم سالبة .

ن اقل من الصفر.ألنة يجب بذل شغل لتأين الذرة ، ولذلك فان طاقة الذرة مع اإللكترون الدائر فيها يجب أن يكوج:

تبعث ذرة الهيدروجين المثارة مدى واسع من الطاقة الكهرومغناطيسية وذلك بحسب حاالت االنتقال ، كما هو موضح بالجدول التالي:

االنتقاالت املسببة هلا تصنيفها يف الطيف الكهرومغناطيسي اسم السلسلة n= 1 الى …,n=2,3,4,5,6انتقال االلكترونات المثارة من البنفسجيمنطقة فوق ليمان

n=2 الى …,n=3,4,5,6 انتقال االلكترونات المثارة من منطقة الطيف المرئي باملر

n=3 الى …,n=4,5,6 انتقال االلكترونات المثارة من منطقة األشعة تحت الحمراء باشن

سلبيات نظرية بور

الطاقة وانتقال االلكرتون

متسسلسالت ذرة اهليدروجني

23

قوانني حتتاجها حلل املسائل املتعلقة باملوضوع القانــــــــــــون يةـــــــــــالكم م طاقة املستوى لذرة اهليدروجني بوحدة االلكرتون.فولت. 1

طاقة الفوتون املنبعث أو املمتص عند حدوث انتقال بني مستويات الطاقة للذرة 2

الزخم الزاوي اللكرتون يدور حول نواة. 3

نصف قطر مستوى الكرتون يف مدار بوحدة النانومرت . 4

.القوة الكهربية بني اإللكرتون والربوتون 5

.إللكرتون حول نواة التسارع املركزي 6

7 . يف ذرة اهليدروجنيالسرعة الدورانية لإللكرتون

-وفق منوذج بور اوجد كال مما يأتي : n=3ذرة هيدروجني مثارة إيل :1تدريب قطر املستوي نصف -1

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

ية بني الربوتون وااللكنرون ائالقوة الكهرب -2................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

التسارع املركزي لإللكرتون -3................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

) قارن بني هذه السرعة وسرعة الضوء( السرعة الدورانية لإللكرتون -4................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

تدريبات متنوعة على منوذج بور الذري

24

-احسب: n=2إيل مستوي الطاقة الثاني n=1من مستوي الطاقة االدني متتص ذرة اهليدروجني طاقة تسبب انتقال الكرتونها 2تدريب طاقة املستوي األول -1

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................................

طاقة املستوي الثاني -2................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

رة .احسب الطاقة املمتصة بواسطة الذ -3................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

:احسب . n=1إيل مستوي الطاقة األول n=2كرتون ذرة اهليدروجني مثارة من مستوي الطاقة الثاني ينتقل إل :3تدريب

من املسألة السابقة( E 1E ,2الطول املوجي للفوتون املنبعث ) استخدم قيم -الطاقة املنبعثة. ب -أ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

) حىت يتحرر االلكرتون من الذرة( يف احلاالت التالية :احسب الطاقة الالزمة لتأيني ذرة اهليدروجني 4تدريب . ( n =1) حالة االستقرار -أ

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

(n=3 عندما يكون االلكرتون يف املستوى) -ب

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

ذرة اهليدروجني يف حالة االستقرار فيؤينها. ما مقدار الطاقة احلركية لاللكرتون املتحرر من الذرة. eV 14:يدخل فوتون طاقته 5تدريب................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

25

يوضح الشكل اجملاور مستويات الطاقة لذرة الكالسيوم. بالرجوع اىل املخطط :6تدريب أجب عن األسئلة التالية:

1.2eV. اصطدم بها فوتون طاقته2E الطاقةذرة كالسيوم مثارة اىل مستوى -1 فامتصته . اىل أي مستوى طاقة تنتقل ذرة الكالسيوم؟

............................................................................................................................

............................................................................................................................

............................................................................................................................

............................................................................................................................

............................................................................................................................

. ما مقدار الطاقة املتحررة عندما 6Eمثارة عند مستوى الطاقة ذرة كالسيوم -2 وما الطول املوجي للفوتون املنبعث؟ ؟2Eتسقط الذرة اىل مستوى الطاقة

................................................................................................................ ................................................................................................................

................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................

يوضح الشكل اجملاور مستويات الطاقة لذرة الزئبق.أجب عن األسئلة التالية: :7تدريب فاحسب: . 6Eمثارة عند مستوى الطاقة ذرة الزئبق اذا كانت -1

الطاقة الالزمة لتأيني الذرة. -أ................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................

2Eالطاقة املتحررة عندما تهبط الذرة اىل مستوى الطاقة -ب................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................

. هل متتصه ذرة زئبق يف حالة استقرار eV 6.2عند دخول فوتون طاقته -2 الذرة ؟ فسر اجابتك

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................................................................................

اعتمادا علي منوذج بور 0.0265nmجني ونصف قطر مستوي طاقة االيون االدني يساوي يسلك ايون اهلليوم سلوك ذرة اهليدرو :8تدريب ما مقدار نصف قطر مستوي الطاقة الثاني ؟

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

26

: يف ذرة اهليدروجني أوجد ما يلي:9تدريب طاقة املستوى الثالث. -أ

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

طاقة املستوى الرابع. -ب

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

.......................................................................................................................... ......................................................

تردد الفوتون الناتج عن انتقال الكرتون من املستوى الثالث اىل الرابع. -ح

................................................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

نصف قطر املستوى الثالث. -خ

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

سرعة االلكرتون يف املستوى الثالث. -د

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................................

طاقة حركة االلكرتون يف املستوى الثالث. -ذ

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

: جنح منوذج بور الذري يف تفسري طيف االنبعاث لذرة اهليدروجني . أجب عن األسئلة التالية:10تدريب اذا سقط فوتون على الكرتون يف ذرة اهليدروجني فتحرك االلكرتون من املستوى الثاني اىل املستوى الرابع، فما طاقة هذا الفوتون؟ -1

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

اذا رجع االلكرتون السابق اىل مداره ، فما املتسلسلة التي ينتمي اليها االشعاع الكهرومغناطيسي الصادر ؟ -2

................................................................................................................................................................................

احسب نصف قطر املستوى الثاني لذرة اهليدروجني. -3

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

احسب سرعة االلكرتونات يف املستوى الثاني. -4

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................................

27

مل تتوافق فرضيات بور مع النظريات السائدة يف تلك الفرتة:أن االلكترونات في المدارات المستقرة ال تشع طاقة ، بينما تنص النظرية الكهرومغناطيسية أن الجسيمات المتسارعة تشع طاقة افترض بور -1

باستمرار وهو ما يؤدي النهيار الذرة. افترض بور أن االلكترونات تدور في مستويات طاقة محددة ، وهذا ما يتعارض مع مبدأ عدم التحديد لهيزينبرج. -2

ذلك احلاجة امللحة لنظريات جديدة قادرة على تفسري تلك التعارضات ، وهو ما حاولت فعله "نظرية الكم لشرودجنر"أوجد

ية الزخم الزاوي باالضافة الى مبدأ دمج شرودنجر في نظريته بين نموذج دي برولي والذي اقترح أن للجسيمات خصائص موجية ونموذج بور في تكم عدم التحديد لهيزنبرج والذي ينص على أنه من المستحيل معرفة كل من موقع االلكترون وزخمه في نفس الوقت.

هو mvطول موجة دي برولي لجسيم زخمه

من تكمية الزخم الزاوي بحسب بور

( 2( في )1بالتعويض عن )

.λ مضروبا في طول موجة دي برولي n يساوي العدد الصحيح 2πrأي أن محيط مستوى بور

هو نموذج يتوقع احتمالية وجود اإللكترون في منطقة محددة فقط. -: النموذج الكمي

تنبأ النموذج الكمي بأن المسافة األكثر احتمالية بين اإللكترون والنواة لذرة الهيدروجين هي نصف القطر نفسه الذي تم توقعه من خالل مالحظة:

.نموذج بور

هي المنطقة ذات االحتمالية العالية لوجود اإللكترون فيها . -: السحابة االلكرتونية

املوضح يظهر احتمالية وجود اإللكرتون يف ذرة يف الشكل اهليدروجني عند مسافة تساوي عشرة أضعاف نصف قطر

بور من النواة لكل من مستويي الطاقة األول والثاني مع مالحظة أنة كلما زادت كثافة توزيع النقاط كانت

احتمالية وجود اإللكرتون كبرية.

ية "نظرية الكم لشرودجنر " منوذج السحابة االلكرتون

:النموذج الكمي للذرة 2-2

1

h

mvmv

h

22

nhmvr

rnnhhr

22

28

هي دراسة خصائص المادة باستخدام خصائصها الموجية : ميكانيكا الكم.

: أهمية دراسة ميكانيكا الكم لقدرة توقعت الكثير من المعلومات التفصيلية لتركيب الذرة أي أنها تمكنت من جعل تراكيب بعض الجزيئات قابلة للحساب مما أتاح للكيميائيين ا -1

علي تحديد ترتيب الذرات في الجزيئات جعلت ميكانيكا الم الكيميائيون يتمكنوا من تحضير جزيئات جديدة ومفيدة لم تكن موجودة أصال في الطبيعة -2 تستخدم ميكانيكا الكم في تحليل تفاصيل امتصاص وانبعاث الضوء من الذرات -3

مصدرين أو أكثر ، يولد موجة ذات مقدمات منتظمة، أو موجات ضوء تكون متطابقة عند القمم والقيعان. أي أنها ضوء من -: الضوء املرتابط

تنتقل بالطور نفسه وتتوافق عند الحدود الدنيا والقصوى. مثل الليزرات.

وء يتكون من موجات مختلفة في ضوء بمقدمات موجية غير متزامنة تضيء األجسام بضوء أبيض منتظم. أو هو ض -: الضوء غري املرتابط

الطور، قممها وقيعانها غير متوافقة. مثل الضوء المنبعث من مصدر مضيء.

: طرق إثارة الذرات- تصادم اإللكترون -2اإلثارة الحرارية -1

التفريغ الكهربي -4فوتونات ذات طاقة محددة تصادم الذرات مع -3

انبعاث الضوء من الذرة عند عودتها بعد وقت قصير من حالة االثارة الى الحالة المستقرة ، وتكون طاقة الفوتونات : االنبعاث التلقائي للضوء

المنبعثة مساوية للطاقة الممتصة.

عملية تحدث عندما تصطدم ذرة مثارة بفوتون طاقته تساوي الفرق بين طاقتي مستوى االثارة وطاقة مستوى :االنبعاث احملفز للضوء

االستقرار ، فتعود الذرة الى حالة االستقرار ، وينبعث فوتون طاقته تساوي الفرق بين طاقتي المستويين.

:خطوات حدوث االنبعاث احملفز رة باحدى طرق االثارة .يتم اثارة الذ -1 يتم تعريض الذرة المثارة لفوتون طاقته تساوي الفرق بين مستويي الطاقة للذرة المثارة. -2 تعود الذرة لحالة االستقرار، وينبعث فوتون طاقته تساوي فرق الطاقة بين الحالتين، ومطابق تماما للفوتون الذي سبب االنبعاث -3

ي أنهما مترابطان.)نفس التردد والطور( أ

يصطدم أي من الفوتونين بذرات أخرى مثارة، فتنتج -4 فوتونات لها نفس الطور مع الفوتونات األصلية.

تستمر العملية فينتج سيال من الفوتونات المترابطة. -5

زراتـــــــاللي

االنبعاث التلقائي واحملفز

ميكانيكا الكم

طالضوء املرتابط والغري مرتاب

29

ضوء موجة بدقة عالية جدا -1 ضوء مركز أي عالي الكثافة -2 ضوء ذو طول موجي واحد -3 ضوء مترابط أي أن حزمة أشعة الليزر ضيقة وموجهة بدقة كبيرة وال تتشتت علي مدي المسافات الكبيرة -4

) الشروط الالزمة إلنتاج شعاع الليزر ) االنبعاث احملفز .يجب أن تكون هناك ذرات أخري مثارة -1 .يجب أن تبقي الذرات مثارة لفترة زمنية كافية حتى يحدث التصادم -2 .التحكم والسيطرة علي الفوتونات وتوجيهها لتكون قادرة علي التصادم بذرات أخري مثارة -3

.هي الذرة التي تبعث الضوء عندما تكون مثارة في الليزر : الذرة الليزرية

جهاز الليزر : تركيب انبوب زجاجي -1

المادة الفعالة إلنتاج الليزر -2

مرآتان مستويتان متوازيتان سطوحها العاكسة متقابلة احدي المرآتين عاكسة بمقدار يزيد عن -2 .من الضوء الساقط عليها %1واالخري عاكسة جزئيا وتسمح بنفاذ 99.9%

: كيفية عمل جهاز الليزر-

:عن طريق الذرات يتم اثارة ) ضخ ( -1تعريض ذرات المادة الموضوعة في أنبوب زجاجي لومضة ضوء كثيفة ذات طول موجي قصير )تردد كبير وطاقة كبيرة(، بحيث يكون طولها -أ

.شكل نبضاتالموجي أقصر من الليزر. ويكون ضوء الليزر الناتج عنها على نيون(–مثارة في األنبوب الزجاجي فتتحول الى ذرات ليزرية. مثل ليزر ) الهيليوم تصادم ذرات مثارة مع أخرى غير -ب ة ليزرية .التفريغ الكهربي علي إثارة ذرات الهليوم حيث تصطدم ذرات الهليوم المثارة بذرات النيون لتصبح مثارة وتتحول إلي ذر حيث يعمل .االضوء الناتج مستمرويكون

تنتقل احدى الذرات المثارة الى مستوى الطاقة األدنى ، فينبعث فوتون طاقته تساوي الفرق بين مستويي الطاقة. -2 يصطدم الفوتون المنبعث بذرة أخرى مثارة ) طاقة الفوتون المحفز يساوي الفرق بين مستويي الطاقة للذرة المثارة( -3

فوتون طاقته تساوي فرق الطاقة بين الحالتين، ومطابق تماما للفوتون الذي سبب االنبعاث )نفس تعود الذرة المثارة لحالة االستقرار، وينبعث -4

التردد والطور( أي أنهما مترابطان. ) انبعاث محفز( يصطدم أي من الفوتونين بذرات أخرى مثارة، فتنتج سيال من الفوتونات لها نفس الطور مع الفوتونات األصلية. -5 بعثة عند نهايتي األنبوب بواسطة مراتين احداهما عاكسة واألخرى عاكسة جزئيا.تنعكس الفوتونات المن -6 تصطدم الفوتونات المنعكسة بذرات أكثر ، فتتحرر فوتونات أكثر وأكثر ، فتزيد كثافتها. -7 تخرج الفوتونات من األنبوب من خالل المرآة العاكسة جزئيا. -8

يزرــــتاج اللــــان

خصائص أشعة الليزر

http://www.google.com.bh/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=CNJHIrd9g6B6LM&tbnid=CnWxIi-7eYrsZM:&ved=0CAgQjRwwADgP&url=http://ar.wikipedia.org/wiki/%D9%84%D9%8A%D8%B2%D8%B1&ei=0i9qUcfHMYaQOKOVgdgJ&psig=AFQjCNFnlxvgRgFmSSmjAgldcDXeUwGj_g&ust=1365999954842417

30

-علل ملا يأتي : أحادي الطول أملوجي )اللون (.ضوء الليزر -1

ج: بسبب انتقال االلكترونات بين زوج واحد فقط من مستويات الطاقة وفي نوع واحد من الذرات .

ضوء الليزر يكون مرتابطا. -2 الن فوتونات اإلثارة تنبعث في الطور والتردد نفسه مع الفوتونات التي تصطدم بالذرات. ج:

: توجد ثالثة أنواع من الليزر ليزر المواد الغازية -3 ليزر المواد السائلة -2 ليزر المواد الصلبة -1

والليزر المستخدم مصنوع من مواد صلبة شبة موصلة مثل طبقات زرنيخات الجاليوم ، DVDأو CDيستخدم يف تشغيل القرص املدمج -1

(GaAs ومن الزرنيخ والجاليو )م ( وااللومنيومGaAlAs )

حيث أن أشعة الليزر ال تتشتت على المسافات الكبيرة. اإلنفاق واألنابيب ةاختبار استقام -2

حساب املسافة بني القمر واألرض بدقة عالية وتتبع مواقع القمر من مناطق خمتلفة علي األرض وقياس حركة الصفائح األرضية -3 التي ترسل من األرض . رواستخدمت هذه المرايا لتعكس حزم الليز تثبيت مرايا علي سطح القمر من خاللوذلك التكتونية

حيث يعمل سلك الليف البصري علي االنعكاسات الداخلية الكلية لنقل الضوء داخل السلك علي طول : يستخدم يف اتصاالت االلياف البصرية -4

مسافات تمتد عدة كيلومترات بخسارة بسيطة لطاقة اإلشارة

. الصور التلفزيونيةالحاسوب ولتليفونية وبيانات حلت األلياف البصرية علي مستوي العالم محل األسالك النحاسية لنقل المكالمات ا مالحظة :

الن شعاع الليزر يتميز بطول موجي صغير جدا حيث يستخدم ضوء الليزر إلثارة ذرات أخري ثم تعود الذرات تستخدم يف أجهزة املطياف -5

بعد ذلك إلي حالة االستقرار.

يستخدم يف جمال الطب -6

الجراحة حيث يمكن استخدامه لقطع اللحم دون فقدان كمية كبيرة من الدم. -ب إعادة تحدب قرنية العين إلي وضعها الطبيعي -أ

تطبيـــقات الليــــزر

مصـــادر الليــزر

31

:يستخدم يف جمال الصناعة -7

قطع المعادن وتلحيم المواد معا -أ دراسة اهتزازات المعدات الحساسة ومكوناتها -ب نضب تقريبا .يفي المستقبل القريب يستخدم الليزر إلنتاج اندماج نووي إليجاد مصدر للطاقة ال -ج تكوين صور ثالثية يستخدم في صناعة أجهزة الهولوجرام وهي عبارة عن مسجل فوتوجرافي لكل من كثافة وطور الضوء وتستخدم في -د

أجهزة الهولوجرام بسهولة بفضل الطبيعة المترابطة لضوء الليزر. وأصبح باألمكان انتاجاألبعاد

-علل ملا يأتي :

يستخدم الليزر املثار يف جراحة العيون . -1 .الن طاقة الفوتونات التي تبعثها قادرة علي تدمير النسيج غير الطبيعي دون إحداث أذي باألنسجة السليمة المحيطةج:

حزم الليزر يف اختبار استقامة األنفاق واألنابيب .يستخدم -2 .الن أشعة الليزر ضيقة وموجهة بدقة كبيرة وال تشتت علي مدي المسافات الكبيرة ج:

أمكن بواسطة الليزر تتبع مواقع القمر من مناطق خمتلفة علي األرض وحساب املسافة بني القمر واألرض . -3 .وموجهة بدقة عالية وال تتشتت علي مدي المسافات الكبيرة الن حزم الليزر تتميز بأنها ضيقة ج:

تستخدم أجهزة الليزر يف مكونات أجهزة املطياف . -4 الن شعاع الليزر يتميز بأنة أحادي الطول ألموجي ج:

تستخدم الليزر يف إعادة حتدب قرنية العني إيل وضعها الطبيعي . -5 الن ضوء الليزر ذو طاقة مركزة ج:

: أجب عما يلي:التدريب األول علل: ال ميكن استخدام الضوء األمحر لضخ الضوء األخضر بينما ميكن استخدام الضوء األخضر لضخ الضوء األمحر. -أ

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

أذكر خصائص ضوء الليزر األربعة. -ب1- ................................................................. 2- .................................................................. 3- .................................................................. 4- ..................................................................

، أجب عما يلي:eV 2.9بني مستويات طاقة مفصولة بطاقة مقدارها GaInNi: أدخل ليزرلثانيالتدريب ا املنبعث من الليزر؟ما الطول املوجي للضوء -1

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

يف أي جزء من الطيف يقع هذا الضوء؟ -2

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

ومسائل على الليزرات تدريبات

32

. اذا بعث هذا الليزر عند طول موجي CD: تستخدم ليزرات زرنيخات اجلاليوم بصورة شائعة يف مشغالت القرص املدمجلثالتدريب الثا840nm فما مقدار الفرق بني مستويات الطاقة بوحدة ،ev ؟

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

: ينبعث ليزر ثاني أكسيد الكربون بفوتون أشعة حتت محراء طاقته عالية جدا. ما مقدار فرق الطاقة بوحدة بني مستويات التدريب الرابع (.ةمن املذكر 23صفحة ) الحظ اجلدول 10600nmالطاقة الليزرية؟ علما بأن الطول بأن الطول املوجي لالشعاع املنبعث يساوي

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

املستخدمة بوصفها مؤشرات يستخدمها احملاضرون، حبيث تنتج ليزرا عند األطوال املوجية HeNe: ميكن صنع الليزرات التدريب اخلامس 632.8nm, 543.4 nm, 1152.3 nm الثالثة: أوجد فرق الطاقة بني كل وضعني يف حزمة كل طول موجي. -1

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

حدد لون كل طول موجي. -2

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

33

12

1

سابقا بالتفصيل.أجرى العالم رذرفورد وفريقه العديد من التجارب الكتشاف تركيب النواة والتي تم تناولها -1 اكتشف العالم بيكرل النشاط اإلشعاعي ثم توجة البحث إلي التأثيرات الناتجة عن اضمحالل النواة نتيجة التحلل اإلشعاعي. -2 اكتشف كل من ماري وبيير كوري عنصرا جديدا مشع )الراديوم ( وأصبح البحث متركزا حول دراسة النشاط اإلشعاعي. -3 ن تحويل نوع من الذرات إلي نوع أخر بالنشاط االشعاعي ولذا فان الذرات البد أن تتكون من أجزاء اصغر. اكتشف العلماء أنة يمك -4 استخدم كل من رذرفورد وفريدريك سودي النشاط اإلشعاعي لدراسة مركز الذرة )النواة(. -5

الربوتون(p):- تقع في نواة الذرةجسيمات موجبة الشحنة.

النيوترون (n): . جسيمات عديمة الشحنة ) متعادلة( تقع داخل النواة

العدد الذري(Z): . وهو صفة مميزة للعنصر. هو عدد البروتونات داخل النواة

( العدد الكتلي(A:.داخل نواة الذرة )عدد البروتونات والنيوترونات )النيوكليونات

تساوي عدد البروتونات مضروبا في الشحنة األساسية )شحنة اإللكترون عدديا( : شحنة النواة الكلية

C 19-e =1.6×10 :حيث أن

كتلة االلكترون.مرة من 1836كتلة البروتون تساوي تقريبا كتلة النيوترون وتساوي :مالحظة

( وحدة الكتل الذريةu:) وتعادل كتلة أي من البروتون أو النيوترون تقريبا. أيkgu 271066.11

. C-12وعلى وجه الدقة فان وحدة الكتل الذرية تساوي من من كتلة نظير الكربون

بوحدة الكتل الذرية. أي:هي حاصل ضرب العدد الكتلي : الكتلة التقريبية للنواة

= من جتارب رذرفورد وجد أن قطر النواةm 14 -10 مرة من حجم النواة. 10000تقريبا . أي أن حجم الذرة أكرب

3كثافة النواة كبرية جدا وتصل اىلKg/m 181.4×10

النــــــواة: 1-3

وصف النواة كتلة النواة وشحنتها

Ze شحنة النواة=

A(u) = النواة كتلة

حجم النواة

الفيزياء النووية: لثالثالفصل ا

جهود العلماء يف دراسة النواة

34

XA

Z

Hg200

80

o16

8

تحتوي نواتها نفس العدد من البروتونات ، وأعدادا مختلفة من النيوترونات. وتسمى نواة النظير " نويدة". عناصر :لنظائرا

(.A( وتختلف في العدد الكتلي )Zأي أن نظائر العنصر يكون لها نفس العدد الذري )

:أمثلة على النظائر

Ne20 نظائر النيون : -1

10Ne22

10,

Ne20تحتوي نويدة النظير)

Ne22، بينما تحتوي نويدة النظير ) n 10و p 10( على 10

n 12و p 10( على 10

H1 نظائر اهليدروجني : -2

1 H3

1, H2

1,

H1تحتوي نويدة النظير)

n 0و p 1( على 1


n 1و p 1( على 1


n 2و p 1( على 1

:مالحظات مهمة

المتعادل كهربائيا لها نفس العدد من االلكترونات حول النواة ونفس السلوك الكيميائي.جميع نظائر العنصر -1 ليس من الضروري أن تكون األعداد الكتلية للعناصر أعدادا صحيحة ، ألنها تمثل متوسط كتل نظائر العنصر الموجودة طبيعيا. -2

Ne2.20فمثال كتلة النيون )

Ne22 (وتمثل متوسط كتل نظائر النيون u 20.2( هي 10

10, Ne20

والمتواجدة طبيعيا.)10

:طريقة كتابة نظائر العنصر يتم كتابة نظري العنصر بالشكل :

:العدد الذري Z ، الكتلي العدد : A، العنصر : رمز X : حيث ان

نيوترونات فكم يكون العدد الكتلي هلا ؟ 8بروتونات و 8نواة ذرة األكسجني :حتتوي مثال حملول

لذا يكون رمز العنصر هو 16= 8+ 8العدد الكتلي = عدد البروتونات + عدد النيوترونات =

ما عدد نيوترونات نواة كل نظري ؟ 92والعدد الذري لليورانيوم هو 238و 234و 235األعداد الكتلية لنظائر اليورانيوم هي :1تدريب

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

ما عدد نيوترونات نظري الزئبق ؟ :2تدريب

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

, و واحد , واثنني , من النيوترونات ؟ اكتب رموز نظائر اهليدروجني الثالثة التي حتتوي علي صفر :3تدريب

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

تدريبــــــــــات

العدد الكتلي للعناصر والنظائر

35

.علل: على الرغم من وجود قوة تنافر كهرومغناطيسي بني الربوتونات يف النواة ، اال أن نيوكلونات النواة تبقى مرتابطة

النووية ) وهي قوة تجاذب( بين نيوكليونات النواة أكبر بكثير من قوة التنافر الكهرومغناطيسية بين البروتونات. ج: ألن قوة الربط

:خصائص قوة الربط النووية

هي قوة تجاذب . -1ترونات أو بين البروتونات والبروتونات والنيوترونات والنيوفهي تنشأ بين تنشأ بين النيوكليونات في النواة بغض النظر عن شحنتها ، -2

.البروتونات والنيوترونات مرة عن القوة الكهرومغناطيسية. 100قوة كبيرة جدا تزيد بحوالي -3 .m 15-1.4×10مداها قصير جدا ال يتعدى نصف قطر البروتون أي -4

حاصل ضرب الكتلة في مربع سرعة الضوء في الفراغ.هي الطاقة المحتواة في المادة وتساوي :الطاقة املكافئة للكتلة

أي أن :

الطاقة المكافئة لنقص كتلة النواة وهى دائما سالبة . :تعريف طاقة الربط النووية

علل :

تتكون منها النواة.طاقة النواة اجملمعة اقل من جمموع طاقات الربوتونات والنيوترونات املنفردة التي -أ

.ج:ألنه يجب أن يضاف شغل لفصل مكونات النواة والتغلب على قوة التجاذب بين النيوكليونات

كتلة النواة اجملمعة اقل من جمموع كتل الربوتونات والنيوترونات املنفردة التي تتكون منها النواة. -ب

.على قوة التجاذب بين النيوكليونات ج:ألنه يجب أن يضاف شغل لفصل مكونات النواة والتغلب

طاقة الربط النووية دائما سالبة. -ت

ج: ألن طاقة النواة مجمعة اقل من مجموع طاقات النيوكليونات المنفردة والتي تتكون منها النواة .حيث يتحول فرق الطاقة الى طاقة ربط نووية.

هو الفرق بين مجموع كتل مكونات النواة منفردة وكتلتها الكلية مشتملة. : نقص الكتلة

ويمكن حساب نقص الكتلة:

:مالحظات هامة

، حيث يقيس كتلة النظير مشتمال كتلة النويدات وجميع االلكترونات. الكتلةجهاز مطياف تقاس كتل النظائر عمليا باستخدام -1 Kg27 -1u= 1.6605×10 ( حيث 1uفي المستوى الذري تقاس الكتل بوحدة الكتل الذرية ) -2

مثال: ( 1احسب الطاقة املكافئة لوحدة الكتل الذريةuعلما بأن ) Kg27 -1u= 1.6605×10 C 19-e=1.602217×10 علما بأن eVبوحدة -ب Joule بوحدة -أ

.................................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................

E=mc2

كتلة النيوترونات –كتلة البروتونات وااللكترونات –( = كتلة النظير Δmنقص الكتلة )

طاقة الربط النووية

ما الذي حيافظ على نيوكلونات النواة معا؟

36

:حساب طاقة الربط النووية

:حساب طاقة الربط النووية لكل نيوكليون

عدد النيوكلونات في نواة النظير هو نفسه العدد الكتليمالحظة:

اخلفيفة .االنوية الثقيلة ترتبط غالبا بقوة اكرب من االنوية -1والتي 56 تصل اىل أقصى قيمة هلا عند العدد الكتلي حىت تزدادكلما زاد العدد الكتلي فان طاقة الربط النووية لكل نوية -2

Fe56لحديد عدد النيوكليونات لمتثل

26

عددها الكتلي من العدد الكتلي للحديد. تصبح االنوية أكثر استقرار كلما اقرتب نواة احلديد من اكثر االنوية ترابطا ،لذلك -3 ترابطا ،لذلك تكون اقل استقرارا. من العدد الكتلي للحديد تكون اقل أو أقل الكتلية اكرب واالنوية التي اعدادها

العدد نواة عددها الكتلي اقل من حيدث التفاعل النووي طبيعيا اذا حتررت طاقة نتيجة التفاعل. وهذا يعني انه اذا حتول موقع -4 فان تفاعال نوويا حيدث هلذه النواة . A = 56عند للمنحىن البياني العليااىل موقع اقرب من النقطة الكتلي للحديد

= طاقة الربط النووية لكل نيوكليون طاقة الربط النووية

عدد النيوكليونات

1uطاقة الربط النووية لكل ×طاقة الربط النووي = النقص في الكتلة بوحدة الكتل الذرية

العالقة بني طاقة الربط لكل نوية وعدد النيوكليونات

37

N12

7N14

7N14

7

N12

7

:األسئلة التاليةمجيع اجب عن

O16اذا كانت كتلة نظري االكسجني : التدريب األول

815.99491u :فاحسب .

نقص الكتلة هلذه النواة -1

...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................

طاقة الربط النووية هلذه النواة -2

...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... .............................................................................................................................. ........................................

طاقة الربط النووية لكل نيوكليون - 3

...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................. ....................................

. احسب ما يلي: 12.0188Uنووية مقدارها ةلنظري النيرتوجني كتل :التدريب الثاني طاقة الربط لكل نيوكليون. -أ

...................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................

تساوي النظريأيهما حيتاج إيل طاقة اكرب : فصل النيوكليون من نواة او من نواة ؟ علما بان كتلة -ب 14.00307u ؟

..................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................

H1 ) كتلة الهيدروجين : باستخدام القيم المبينة

1 ) =1.007825u ، 1.008665النيوترون =وكتلةu ،931.49و MeV 1u=

تدريبات متنوعة على حساب طاقة الربط النووية

38

He4

2

فاحسب كتلة نظري اهلليوم بوحدة الكتلة الذرية ؟ -28.3MeVاذا كانت طاقة الربط النووية لنواة اهلليوم :التدريب الثالث ..................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................................

تغير لون الصفائح الفوتوغرافية التي تغطي مركبات اليورانيوم الى اللون الضبابي. 1896الحظ بيكريل في العام

فيما أطلق على تلك " المواد المشعة "انبعاث اشعاعات من اليورانيوم ، وسميت تلك المواد بـتوصل بيكريل الى أن سبب تغير اللون هو ، االضمحالل االشعاعي".الظاهرة بـ "

:المواد التي تنبعث منها اشعاعات تلقائيا، وهذه االشعاعات لها القدرة على النفاذ. املواد املشعة

:بالتخلص من جزء من نواتها أو طاقتها للوصول الى حالة أكثر استقرارا. انحالل النواة تلقائيا االضمحالل االشعاعي

أثناء االضمحالل االشعاعي تنبعث اشعاعات من املواد املشعة، وقد مت تصنيفها تبعا لقدرتها على النفاذ كما يلي:

γانبعاث جاما βانبعاث بيتا αانبعاث الفا وجه املقارنة

طبيعته جسيم ألفا عبارة عن نواة ذرة الهيليوم

He4

2

جسيم بيتا هو عبارة عن الكترون سالب

e0

1 ينبعث من النواة

اشعاع جاما عبارة عن فوتونات ذات

طاقة عالية.

متعادل -1 +2 شحنته

القدرة على النفاذ/ الطاقة

بصفيحة رقيقة من قليلة ) يمكن ايقافها

اورق(

متوسطة ) يمكن ايقافها بصفيحة سمكها

6mm )من األلمنيوم

كبيرة ) يمكن ايقافها بصفيحة سمكها

عدة سنتيمترات من الرصاص(

حتوالت النواة2

2

4

NN

ZZ

AA

1

1

NN

ZZ

AA

NN

ZZ

AA

أمثلة

االضمحالل النووي والتفاعالت النووية: 2-3

االضمحالل االشعاعي

اكتشاف ظاهرة النشاط االشعاعي

39

:مالحظات مهمة ألفا وبيتا يختلف العدد الذري للعنصر الناتج أي أنه يتحول لعنصر مختلف.في اشعاع .1 في اشعاع بيتا يتحول النيوترون الى بروتون والكترون داخل النواة، ينبعث االلكترون ويرافقه جسيم آخر يسمى النيوترينو. .2 ة اضمحالل ألفا أو بيتا.تنبعث أشعة جاما نتيجة اعادة توزيع الطاقة داخل النواة ويرافق اشعاع جاما عاد .3 تمر العناصر المشعة عادة خالل سلسلة من االضمحالالت االشعاعية لتكون نواة مستقرة في النهاية. .4

U238فمثال نظير اليورانيوم

Pb206انبعاث قبل أن ينتج نظير الرصاص 14يخضع الى 92

82

النواة تقذف عندما تحدث وقد. النواة في البروتونات عدد او النيوترونات عددطاقة النواة أو يتغير عندما تحدث عملية: النووي التفاعل

. الكترونات او الفا جسيمات او نيوترونات او بروتونات او جاما باشعة

الكلي للجسيمات النووية والشحنة الكلية ثابتة قبل وبعد التفاعل، أي أنها تخضع لقانون حفظ الكتلة يبقى العدد :قانون حفظ الكتلة والطاقة

وقانون حفظ الطاقة.في ولذا فان مجموع األعداد الكتلية في طرف المعادلة األيسر يساوي مجموع األعداد الكتلية في طرف المعادلة األيمن، كما وأن هناك مساواة

لذرية في طرفي المعادلة.مجموع األعداد ا

يف التفاعل النووي التايل: مثال:

238= 4+ 234جمموع األعداد الكتلية يف كال الطرفني = 92= 2+ 90جمموع األعداد الذرية يف كال الطرفني =

(1) تدريب -: االتية االشعاعية العمليات من لكل النووية املعادالت اكتب

Ra226 الراديوم نظري-1

Rn222 الرادون نظري ىلا ليتحول الفا جسيم يبعث املشع88

86

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Pb209 املشع الرصاص نظري-2

Bi209 البزموث نظري اىل ليتحول نيوترينو وانتي بيتا جسيم يبعث82

83

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

(2) تدريبN14 النيرتوجني غاز قذف عند

؟ الناتج النظري ما. عالية طاقة ذات بروتونات ينبعث الفا جبسيمات7

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

واملعادالت النوويةالتفاعالت

تدريبات متنوعة على املعادالت النووية

40

(3) تدريب N15 النيرتوجني بنظري بروتون اصطدم

. ذلك توضح نووية معادلة ؟اكتب اجلديد النظري ما الفا وجسيم جديد نظري فتكون7................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

( 4تدريب )Bi210أكتب املعادلة النووية النبعاث بيتا للنظري

83 ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

(5) تدريب -:التاليتني املعادلتني الكمال الدورى اجلدول استخدم

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

مشع عنصرال نظير ذرات من كمية اي نصف الضمحالل الزمنية الفترة هو: النصف عمر .

فمثال. به خاص نصف عمر مشع نظير لكل :

Co60عمر النصف لنظير الكوبلت

سنة 30= 27

C14بينما عمر النصف لنظير الكربون

سنة 5730= 6

الراديوم لنظري النصف عمرس: ما املقصود بأن Ra226

88 ؟ سنة 1600

.اخر عنصر الى الراديوم من المعطاه الكمية نصف يضمحل سنة 1600 كل نأي أ

. االصلية الكمية ربع تتبقى سنة 3200 بعدأن اى ،اخر عنصر الى المتبقية الكمية تضمحل اخرى سنة 1600 وبعد

حساب الكمية املتبقية من مادة مشعة

هو عدد أعمار النصف n، حيث أن n ( مرفوعا لألس2/1مضروبة في ) 0Nفي عينة تساوي الكمية األصلية N كمية النظير المشع المتبقية

التي انقضت. أي أن:

: العالقة من n تعيين ويمكن

عمــــر النــصف

n = الفترة الزمنية

النصف عمر

000

1

14

6 ? eC000

1

55

24 ? eCr

×الكمية المتبقية = الكمية األصلية n)

2

1(

41

النصف عمر فرتة تطبيقات على . فمثال: االجسام راعمأ تحديديمكن استخدام أعمار النصف لألجسام ل

المتبقية الكربون كمية بقياس عضوية مادة من عينة عمر ايجاد يمكن .

رصاص الى اليورانيوم اضمحالل على اعتمادا االرض عمر حساب يمكن .

وتقاس بوحدة . ثانية كل المشعة المادة انحالالت عدد او االضمحالل معدل هي: لنشاطيةا( ( وتكافئ البيكرل )اضمحالل / ثانيةBq )

حساب النشاطية

هو عدد أعمار n، حيث أن nمرفوعا لألس( 2/1النشاطية األصلية مضروبة في الثابت )نشاطية النظير المشع المتبقية تساوي حاصل ضرب

النصف التي انقضت. أي أن:

I131عينة من نظري اليود التدريب األول:

فاحسب ما يلي : Bq 58×10، فاذا كان نشاطيتها االشعاعية 1gكتلتها 53 أيام ( 8.07) علما بأن عمر النصف لنظري اليود =

أيام. 8.07الكتلة املتبقية والنشاطية االشعاعية بعد -أ

يوم. 16.14الكتلة املتبقية والنشاطية االشعاعية بعد -ب

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

H3 ترتيوم عينة تولدت التدريب الثاني:

عمر فرتة بان علما سنة 24.6 مرور بعد تتبقى التي الرتيتيوم كتلة ما. g 1.0 كتلتها1 سنة 12.3 للرتيتيوم النصف

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

H3 الرتيتيوم استخدمالتدريب الثالث:

تستطيع لكي الفلوري التوهج لتوليد اليد ساعات بعض يف املاضى القرن من االوىل العقود يف 1 سطوعها مع باملقارنة الساعة هذه سطوع يكون فكيف الرتيتيوم نشاطية مع طرديا يتناسب التوهج سطوع كان اذا. الظالم يف الوقت قراءة

. سنة 12.3 للرتيتيوم النصف عمر فرتة حيث ؟ سنوات ست الساعة عمر يكون عندما االصلي................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

فرتة عمر النصفتدريبات متنوعة على

n)2

1( ×النشاطية = النشاطية األصلية

42

: بعد ستبقى التي االصلية للمادة املئوية النسبة ما. ايام 3.0 معني لنظري النصف عمر: التدريب الرابع 6.0(a ايام b )12 يوما

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

استخدم الرسم البياني املوضح يف االجابة عن التدريبان اخلامس والسادس:I131 اليود نظري نشاطية الخنفاض الالزمة االيام عدد ما: اخلامس تدريبال

ايام 8.07 النصف عمر فرتة بان علما االصلية الكمية مثن اىل 53................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ...................................................................................................................................

................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ...................................................................................................................................

العظمى الكمية اضعاف مثانية االشعاع وكان ايام ثالثة له النصف عمر مشع نظري انسكب احباث خمترب حوادث يف: التدريب السادس . املخترب اىل الدخول يستطيعوا ان قبل العاملون ينتظر ان جيب كم. بها املسموح

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

سؤال لألذكياء فقطPo209 البولونيوم لنظري النصف عمر فرتة كان اذا: التدريب السابع

تضمحل حىت g 100 مقدارها عينة تستغرق فكم سنة 103 يبلغ 84 ؟ g 3.1 منها ليبقى

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

43

جاما اشعة او الكترونات او بروتونات او الفا بجسيمات قذفها طريق عن المستقرة النظائر من مشعة نظائر انتاج يمكن.

اشعاعات حتى تتحول الى نظائر مستقرة . واالشعاعات المنطلقة تكون في صورة النظائر المشعة الناتجة تكون غير مستقرة ، فتطلق

e0جسيمات ألفا ، جسيمات بيتا ، اشعاع جاما، النيوترينو، انتي نيوترينو، بويزترونات ) الكترونات موجبة

1.)

:استخدامات النظائر املشعة

األعضاء المراد عالجها بنظائر مشعة ، ويتم مراقبة االشعاع في العضو بواسطة عداد االشعاع في عملية : حيث يتم حقن البحوث الدوائية والطبية -1

" .PETتسمى " التصوير االشعاعي" و لنتائج أفضل يستخدم " التصوير الطبقي

Co60: وعادة ما تستخدم أشعة جاما المنبعثة من نظير الكوبلتتدمري اخلاليا السرطانية -2

لمعالجة مرضى السرطان ، كما ويحقن نظير اليود 27

المشع في الغدة الدرقية المصابة بالسرطان.

وطاقة نيوتروناتتنتج و اكثر او نواتين الى النواة فيها تنقسم التي العملية :االنشطار النووي.

:مثال على االنشطار النووي

U235عند قذف نواة نظير اليورانيوم

.بالنيوترونات ، تنشطر النواة الى نواتي عنصري الباريوم والكريبتون وتتحرر نيترونات وطاقة 92

:حساب الطاقة املتحررة من االنشطار النووي

تظهر الطاقة المتحررة على شكل طاقة حركية لنتائج االنشطار. :مالحظة

0.215 مبقدار االيسر الطرف كتلة من اقل االمين الطرف كتلة كانت اذايف تفاعل االنشطار السابق :تدريب u فأثبت أن الطاقة ، . 200MeVاملتحررة من التفاعل تعادل

..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................

النشاط االشعاعي االصطناعي

االنشطار النووي

u (× 931.49 (MeV/u)الكتل الناتجة بوحدة – uالكتل األولية بوحدة (= (MeV )الطاقة المتحررة

44

:هو عملية مستمرة ومتكررة من تفاعالت االنشطار سببها تحرير نيوترونات من تفاعل االنشطار االول. التفاعل املتسلسل عند حدوث انشطار نووي تتحرر ثالثة نيوترونات، كل منها يحدث انشطارا جديدا وهكذا تستمر العملية.مالحظة :

:و للتحكم فيه والسيطرة عليه. مستمرعبارة عن جهاز يستخدم لبدء تفاعل نووي متسلسل املفاعل النووي

: الوقود النووي

. اليورانيومفي المفاعالت النووية هو الوقود النووي املستخدم -

توضع في مركز المفاعل. ويحتوي قضبانويكون على شكل

U238من النظير %99اليورانيوم المتوافر طبيعيا على

) غير 92

U235من النظير %1قابل لالنشطار( ، و

) قابل لالنشطار(. 92

: يجب استبدال قضبان اليورانيوم كل سنة ، كما ويلزم مالحظة -

نة نظرا لخطورتها.التخلص منها بطريقة آم

.. يحتوي على وحدات الوقود النووي وتتم فيه سلسلة االنشطار النووي مركز املفاعل أو قلب املفاعل -1

يتخلل قضبان الوقود ويعمل على:. املاء الثقيل -2

الناتجة من تفاعالت التسلسل النووي. تهدئة حركة النيوترونات -أ امتصاص الحرارة ونقلها بعيدا عن انشطار اليورانيوم لحماية قلب المفاعل من االنصهار. -ب

املـفــاعالت النـــوويــــة

ةتركيب المفاعالت النووي

تركيب املفاعل النووي

45

قضبان مصنوعة من الكادميوم توضع بين قضبان اليورانيوم. قضبان التحكم : -3

. فعندما يتم ادخالها كليا بالمفاعل تقوم بامتصاص النيوترونات ، مما يبطيء تفاعالت التفاعل المتسلسلالتحكم بمعدل وسرعة : وظيفتها

التسلسل ، وعند رفعها تقل عدد النيوترونات الممتصة وتزداد سرعة تفاعالت التسلسل.

يحيط بقلب المفاعل والماء، مصنوعة من الحديد الصلب ذات جدران سميكة، لالحتفاظ بضغط البخار عاليا، ولمنع تسرب األشعاعات واقيدرع -4

الناتجة.

توجد دائرتين للماء مفصولتين عن بعضهما بغرض التبادل الحراري: :املبادالت حرارية -5

على نقل الحرارة بعيدا دون أن يتبخر الماء فيها، ألنه تحت ضغط عالي.يتخلل فيها الماء قلب المفاعل، وتعمل :الدائرة األوىل -أ

يتبخر الماء الموجود فيها، فيعمل على ادارة التوربينات فتتولد طاقة كهربائية.: الدائرة الثانية -ب

عمالق يديره التوربين ويولد التيار الكهربائي. مولد كهربائي -6

بذرة يورانيوم بطيءعندما يصطدم نيوترونU235

تنشطر النواة وتتحرر نيوترونات تتحرك بسرعة عالية جدا. 92

عندما تصطدم النيوترونات السريعة الناتجة من االنشطار األولي بذرات نظير اليورانيومU238

، فانه يمتص النيوترونات وال تنشطر النواة ، بل 92

U239يتحول الى نظير جديد

U235. كما وأن النيوترونات السريعة ال يمكنها احداث انشطارات جديدة لنظير 92

92 .

جيبداخل املفاعل النووي حىت تستمر التفاعالت املتسلسلة:

U235لسهولة امتصاصها بواسطة السريعةابطاء النيوترونات -1

وبالتالي حدوث انشطارات جديدة.92

حيث يتم استخدام المهدئات كالماء الثقيل البطاء النيوترونات السريعة.

م بها.مواد من ذرات خفيفة تستخدم البطاء النيوترونات السريعة، حيث تنتقل اليها العزم والطاقة عند االصطدا المهدئات:

U235عن طريق اضافة كمية أكبر من النظير ختصيب اليورانيوم -2

92 .

عملية يتم فيها اندماج أنوية صغيرة النتاج نواة أكبروتحرير طاقة.: االندماج النووي

.س: فسر الطاقة املتحررة من عملية االندماج النووي

الكبيرة تكون طاقة ربطها أكبر وكتلتها أقل من مجموع كتل النيوكليونات المكونة لها. والنقص في الكتلة يتحول الى طاقة متحررة.النواة

حساب الطاقة املتحررة من االندماج النووي :

التفاعالت املتسلسة يف املفاعل

وويــــدماج النـــاالن

u (× 931.49 (MeV/u)الكتل الناتجة بوحدة – uالكتل األولية بوحدة (= (MeV )الطاقة المتحررة

46

:مثال على االندماج النووي

لتكوين نواة ذرة هيليوم واحدة. وتكون كتلة البروتونات األربعة أكبر من كتلة الهيليوم ، في الشمسأندماج أربع أنوية هيدروجين ) برتونات(

)أي الهيليوم(. في شكل طاقة حركية للجسيمات الناتجة(25MeV )والفرق في الكتلة نتيجة االندماج تتحول الى طاقة متحررة

( ، وتحتاج لطاقة حرارية كبيرة لبدءها كما يلي:البروتون –أشهرها هي سلسلة )البروتون والتفاعل االندماجي يمر عبر عدة عمليات .

)3(2

)2(

)1(

1

1

4

2

3

2

3

2

3

2

1

1

2

1

0

0

0

1

2

1

1

1

1

1

HHeHeHe

HeHH

eHHH

، وجمع المعادالت الثالث نحصل على: 2×( 2( و)1: بضرب المعادلتان )النتيجة النهائية للتفاعل

0

0

0

1

4

2

1

1 2224 eHeH

H1باندماج أربعة بروتونات أي ميكن اختصار النتيجة النهائية هلذه التفاعالت

He4لتكوين نواة ذرة الهيليوم 1

e0وبويزترونين 2

وفوتونين من 1

.00وجسيمي نيوترينو أشعة جاما

مالحظات مهمة جدا: الندماج. يعتبر االندماج النووي أكثر صعوبة من االنشطار ، ألن قوى التنافر بين النوى المشحونة تعيق عملية ا

(. K 72×10لذا ال تحدث تفاعالت االندماج اال عندما يكون لألنوية كميات كبيرة من الطاقة الحرارية كتلك الموجودة في الشمس )

الحرارية.االستخدام الوحيد للتفاعل االندماجي على وجه األرض هي تفاعالت االندماج في القنبلة الهيدروجينية أو القنبلة النووية

التدريب األول: . Mev 25الربوتون(. أثبت أن الطاقة املتحررة تساوي تقريبا -يف التفاعل النووي االندماجي االمجايل بالشمس لسلسلة ) الربوتون H1علما بأن كتلة

1 (1.007825u ، )He4

2 (4.002603u وكتلة االلكرتون ،)kg31 -9.11×10 وكتلة ،kg27 -1u= 1.6605×10

االندماج النوويتدريبات متنوعة على

0

0

0

1

4

2

1

1 2224 eHeH

47

:التدريب الثانيH2حيتوي تفاعل اندماجي واحد على نواتي ديوترييوم

، وحيتوي جزيء الديوترييوم على ذرتي ديوترييوم . ملاذا ال يتعرض اجلزيئان 1 لعملية االندماج؟

:التدريب الثالثH1احسب الطاقة املتحررة من التفاعل النووي االندماجي التايل يف الشمس. علما بأن كتلة اهليدروجني

1 (1.007825u) H2وكتلة الديوترييوم

1 (2.014102u وكتلة االلكرتون )kg31 -9.11×10 وكتلة ،kg27 -1u= 1.6605×10 ) تذكر بأن كتلة النيوترينو تساوي الصفر(

التدريب الرابع:H2خالل تفاعل االندماج يتحد ديوترونان

He3، لتكوين نظري اهليليوم 1

تكون ؟. ما اجلسيم اآلخر الذي 2

التدريب اخلامس:H2احدى تفاعالت االندماج البسيطة تضمن انتاج الديوترييوم

1 (2.014102u . من نيوترون وبروتون)

p1أكتب تفاعل االندماج الكامل ، وأوجد مقدار الطاقة املتحررة. علما بأن كتلة

1 (1.007276u وكتلة ، )n1

0 (1.008665u )

000

1

2

1

1

1

1

1 eHHH

48

:التدريب السادس انشطار نواة اليورانيوم ، واندماج أربعة أنوية هيدروجني النتاج نواة اهليليوم ، كالهما ينتج طاقة.

أيهما ينتج طاقة أكرب. -1

واحد من أنوية اليورانيوم ، أم اندماج كيلوجراوم من اهليدروجني؟يف أي احلالتني تكون الطاقة الناجتة أكرب : انشطار كيلوجرام -2

ملاذا ختتلف اجابة اجلزأين أ، ب؟ -3

49

املستخدمة لتسريع وتعجيل اجلسيمات املشحونة كالربوتونات وااللكرتونات وجسيمات ألفا ...توجد نوعان من األجهزة

تسريع الجسيمات المشحونة كالبروتونات وااللكترونات. :استخدامها

مصدر جهد متناوب عالي التردد. –أنابيب مجوفة –غرفة طويلة مخلخلة من الضغط :تركيبها

:طريقة عملها البروتونات من مصدر لأليونات. ثم يتم تعجيلها بواسطة جهد سالب.تنتج -1 تدخل البروتونات خالل أزواج من األنابيب المشحونة بشحنات متعاكسة . -2 ينشأ مجال كهربي في الفجوة بين االنابيب يعمل على مسارعة البروتونات الى داخل االنبوب الذي يليه. -3 ألن محصلة المجال الكهربي فيها صفر. أنبوب داخل كلتتحرك البروتونات بسرعة ثابتة -4 تتكرر العملية ، بحيث تتسارع البروتونات بين كل زوج من األنابيب ويكتسب البروتون طاقة مقدارها -5

eV 510 .بتأثير كل تسارع حتى تصل للهدف

.الخطي للحصول على السرعة المطلوبةيمكن التحكم بطول االنبوب وتردد الجهد المتناوب في المسارع :مالحظة

:تسريع الجسيمات المشحونة كالبروتونات وااللكترونات. استخدامها

:مغناطيسي.يتكون من حلقة دائرية ضخمة تحوي مناطق مستقيمة ) المحقن( فيها مجال كهربي قوي ومناطق منحنية فيها مجال تركيبها

ويكون المسارع دائريا للتقليل من حجم المسارع.

:طريقة عملها عندما تصل الجسيمات المشحونة للمناطق المستقيمة تتسارع الجسيمات بفعل المجال الكهربي القوي ) القوى الكهربائية(. -1 المجال المغناطيسي ) القوى المغناطيسية( لتتحرك في عندما تصل الجسيمات المشحونة لمناطق المجال المغناطيسي تتسارع بفعل -2

مسار دائري . ويمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي وطول المسار المنحني بحيث تصل الجسيمات لموقع المجال الكهربي بالضبط.

في اتجاهات متعاكسة في المسار الدائري.عند تعجيل جسيمات متعاكسة الشحنة في السنكروترون، فانها تتحرك مالحظة :

فمثال : يتحرك البروتون عند تعجيله في المسار الدائري في اتجاه معاكس لحركة ضديد البروتون.

: جسيم له كتلة البروتون ولكن شحنته معاكسة.ضديد الربوتون

وحدات بنــاء املــــادة: 3-3

يماتــارعات اجلســـمس

E

E

أوال: املسارعات اخلطية

ثانيا: السنكروترون ) املسارعات الدائرية(

50

أدوات وأجهزة تستخدم لكشف وتمييز نواتج التفاعالت النووية.: كواشف اجلسيمات

:طرق الكشف عن االشعاع : حيث يستدل من خالل تغير لون تلك الصفائح على وجود االنبعاثات مثل الصفائح الفوتوجرافية أو األفالم الكاشفة -1 ,,

الشعاع من خالل تأين المادة ) تحرير االلكترونات من الذرات(. فعندما تصطدم الجسمات ذات السرعة العالية : يمكن االستدالل على اتأين املادة -2

بالذرات فانها تتأين.

: عندما تتعرض مادة فلورية الشعاع معين فانه تنبعث منها فوتونات أي أنها تتألق أو تلمع. املواد الفلورية -3

يلي جمموعة من الكواشف التي تستخدم للكشف عن اجلسيمات واالشعاعات. وفيما

أسطوانه نحاسية ذات شحنة سالبة و سلك موجب الشحنة . :تركيبه

طريق عمله: تشحن االسطوانة بشحنات سالبة والسلك بشحنات موجبة بحيث يكون فرق الجهد غير كافي -1

الحداث تفريغ كهربي )ومضة(. يدخل الجسيم المشحون أو أشعة جاما الى األنبوب تتأين ذرات الغاز وتنتج الكترونات. عندما -2يتسارع األيون الموجب باتجاه اسطوانة النحاس السالبة ، فيما تتحرك االلكترونات الناتجة -3

باتجاه السلك الموجب. ولذا تتولد نبضة تيار خالل األنبوب .

أول جهاز استخدم للكشف عن اجلسيمات.هو حجرة تحتوي على منطقة مشبعة ببخار الماء أو بخار االيثانول. تركيبه:

طريقة عمله: عند دخول الجسيمات المشحونة للغرفة ، تترك أثرا من األيونات في مسارها فتتكاثف قطرات البخار على تلك

األيونات، فتتكون مسارات مرئية من القطرات.

حجرة تحتوي على سائل درجة حرارته فوق درجة الغليان. تركيبه :

طريقة عمله: دخول الجسيمات خالل السائل، فان مسار األيونات يسبب تكون فقاعات بخار تحدد مسارات الجسيمات. عند

سيماتــواشف اجلــــك

مولر -عداد جاجير -1

حجرة غيمة ولسون-2

حجرة الفقاعة-3

http://www.google.com.bh/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=AAuckPGzh4DrqM&tbnid=JQ3zUKPRMGpE5M:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http://en.wikipedia.org/wiki/Geiger%E2%80%93M%C3%BCller_tube&ei=JU6FUca1J8m0hAf27IDQDw&psig=AFQjCNFWPBetDvWOIrEk2K-BMzSuEw7QDw&ust=1367777189686822

51

صفائح كبيرة سالبة مفصولة عن بعضها بواسطة فجوة صغيرة مملوءة بغاز ذي ضغط :تركيبها

منخفض وأسالك موجبة.

: طريقة عمله عند دخول الجسيمات المشحونة فانها تؤين جزيئات الغاز ، فيحدث تفريغ كهربائي في مسار الجسيم ، فيكشف الحاسوب عن التفريغ ويسجل موقعه للتحليل التالي. وهو يشبه طريقة عمل عداد مولر(.–) جايجر

متكاملة من أجهزة الكشف. ويوجد يف خمترب فريمي، وميكنه القيام بثالث مهام يف نفس الوقت:تستخدم فيه جمموعة يمكنه رصد المسارات الناتجة عن ربع مليون تصادم في الثانية الواحدة. -1 يعمل كآلة تصوير عالية الدقة. -2 يمكنه تكوين صور حاسوبية لحاالت التصادم. -3

، وتتحرك الربوتونات التي تدور داخله بسرعة الضوء تقريبا. أجب عما يلي:2kmالسنكروترون يف خمترب فريمي قطر تدريب: ما الفرتة الزمنية التي حيتاج اليها الربوتون حىت يكمل دورة كاملة. -1

................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................

يف كل دورة. ما عدد الدورات الالزمة هلا قبل أن تصل طاقتها 2.5MeVفتكتسب طاقة 8GeVتدخل الربوتونات احللقة بطاقة -2400GeV؟

................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................

؟ 400GeVفرتة الزمنية التي حتتاج اليها الربوتونات حىت تتسارع اىل ما ال -3

................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ .................................................................................................................................................................

ما املسافة التي تقطعها الربوتونات خالل هذا التسارع؟ -4

................................................................................................................................................................ .............................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................

حجرة السلك -4

الكاشف التصادمي -5

52

ضديد اجلسيم".توقع باول ديراك أن لكل جسيم من اجلسيمات ضديد له يسمى " :هو جسيم يحمل نفس كتلة ومقدار شحنة الجسيم األصلي ويخالفه في نوعها )شحنتيهما ضديد اجلسيم

متعاكستين(.

:مثال

e0الكترون اجلسيم:

1

e0البويزترون ضديد اجلسيم:

) نفس كتلة ومقدار شحنة االلكترون ولكنه يحمل شحنة موجبة( 1

. ) الحظ الرسم(عند تصادم االلكترون والبويزترون معا ، ينفني كالهما وتنتج طاقة في صورة أشعة جاما مالحظة :

أنها تتكون من بروتونات ونيوترونات وحماطة بااللكرتونات. 1930السائد يف منوذج الذرة الذي اكتشف عام كان االعتقاد ،

.عملت الدراسات العميقة لالضمحالل االشعاعي على تشويش هذه الصورة املبسطة ، وخصوصا بعد اكتشاف جسيمات جديدة

)م.1935عام مت التوصل لوجود جسيمات أخرى كامليون ) الكرتون ثقيل

اكتشف جسيم جديد هو البيون. 1947يف عام

م ، مت اكتشاف االنتي نيوترينو . اجلدير بالذكر أن سبب االكتشاف كان تنبه العلماء لوجود مدى واسع لطاقات 1956يف عاميف التفاعالت النووية االلكرتونات املنبعثة خالل انبعاث بيتا، وبعد األحباث املستفيضة استنتجوا وجود جسيمات أخرى تشارك

وحتمل جزءا من الطاقة وهي االنتي نيوترينو.

.ساعدت التجارب على مسارعات اجلسيمات على اكتشاف املزيد من اجلسيمات األخرى املختلفة يف كتلتها وشحنتها

لتايل"" الحظ اجلدول اونظرا ملا سبق مت وضع منوذج جديد يوضح بناء وحدات املادة مسي بالنموذج املعياري

ادةـــد املديــض

سيماتـــــاجل

53

.وحامالت القوى، اللبتونات، و الكواركاتعلى ثالث مجموعات هي الجسيمات األوليةنموذج بناء وحدات المادة ، تتوزع فيه النموذج املعياري:

أمــــــــثــــلـــــــــــــة العــــائـــلـــة

جســــ

ــــــ

أولت

يماــــ

ـــــــ

ية

الكواركات

أنواع من الكواركات: 6وهي جسيمات أولية ذات كتل كبرية نسبيا . وتوجد e( شحنته )u( رمزه )up quark) ىوعلالكوارك ال -1

3

2 )

e( شحنته)d( رمزه ) down quark) السفلي الكوارك -2 3

1)

e( شحنته ) s( رمزه )strange quark) الكوارك الشاذ -3 3

1 )

e( شحنته)c( رمزه)charm quark) كوارك اجلذابال -4 3

2)

e( شحنته )b( رمزه )bottom quark)القعريالكوارك -53

1)

eشحنته) (t( رمزه )top quark) القميالكوارك -63

2 )

اللبتونات

أنواع من اللبتونات: 6وهي جسيمات أولية ذات كتل صغرية نسبيا. وتوجد ) االلكرتون(، )امليون(، )التاو

e ،)النيوترينو تاو( ، )النيوترينو ميون( ،)

(e)النيوترينو الكرتون

حامالت القوى () البوزونات

قد تكون حامالت القوى )البوزونات( ذات كتلة أو عدمية الكتلة:

البوزونات ذات الكتلة -أ

البوزون-1oz: مرة(، 100حامالت للقوى النووية الضعيفة ذات كتلة كبيرة نسبيا ) أكبر من كتلة البروتون

متعادلة الشحنة.

مرة (، 100حامالت للقوى النووية الضعيفة كتلتها كبيرة نسبيا) أكبر من كتلة البروتون :W البوزون-2

شحنتها موجبة W أو سالبة

W.

البوزونات عدمية الكتلة -ب

: جسيمات تحمل القوى النووية وتربط الكواركات في الباريونات والميزونات. اجللونات -3

: جسيمات حاملة للقوى الكهرومغناطيسية.الفوتونات -4

: جسيمات افتراضية حاملة للقوة الجاذبية األرضية.اجلرافيتون -5

كبةمر

ت يما

جس

(n( والنيوترونات )pمثل: البروتونات ) كواركات 3الباريونات جسيمات تتكون من الباريونات

(Pمثل البيون ). امليزونات جسيمات تتكون من زوج من الكوارك وضديد الكوارك امليزونات

الباريونات الشاذة ) جسيمات افرتاضية(

كواركات وضديد كوارك 4مثل البنتاكوارك والذي يتكون من . كواركات 3جسيمات تتكون من أكثر من

واحد. وهي جسيمات افتراضية لم يتم اكتشافها حتى اآلن.

ياريــوذج املعــالنم

54

ويوضح الشكل التايل اجلسيمات األولية يف النموذج املعياري حبسب كتلها:

التي تكونها هلا عدد صحيح من الشحنات. ) الحظ الرسم(: بالرغم من أن للكواركات شحنات جزئية فان مجيع اجلسيمات مالحظة

الرسم Q الشحنة الرمز بداللة الكواركات تركيبه النيوكليون

(pالربوتون) كواركات: 3يتكون من

u (eكوارك علوي 23

2)

d (e كوارك سفلي 13

1)

P=uud ee )3

1

3

2

3

2(

(nالنيوترون) كواركات: 3يتكون من

u (eكوارك علوي 13

2)

d (e كوارك سفلي 23

1)

n=udd 0)3

1

3

1

3

2( e

: ال ميكن احلصول على الكواركات بصورة منفردة.علل ملا يلي ج: ألن القوة القوية التي تربطها مجتمعة ) الجلونات( تزداد كلما ابتعدت عن بعضها البعض تماما كما يحدث في النابض. على عكس القوة

الكهربائية التي تضعف كلما تحركت الجسيمات عن بعضها البعض.

الربوتونات والنيوترونات

55

ما شحنة اجلسيم الذي يتكون من ثالثة كواركات علوية؟ :1تدريب

.................................................................................................................................................................... لكوارك معاكسة لشحنة الكوارك. يتكون البيون من كوارك علوي ومن ضديد كوارك سفلي : شحنة ضديد ا2تدريب

du ما شحنة هذا .

.................................................................................................................................................... البيون؟

تتكون البيونات من كوارك وضديد الكوارك . أوجد شحنة البيون الذي يتكون من : :3تدريب

-أ

uu ............................................................................................................. :

-ب

ud ................................................................................... :..........................

-ج

dd ............................................................................................................. :

ريونات التالية:: الباريونات جسيمات تتكون من ثالثة كواركات. أوجد الشحنة على كل من البا4تدريب ...................................................................................... dduنيوترون -أ

ضديد البروتون -ب

duu ......................................................................................

ضديد النيوترون -ج

udd ......................................................................................

ميكن أن تتحول كتلة اجلسيم بالكامل اىل طاقة يف عملية يفىن فيها اجلسم، كما وميكن حتويل الطاقة اىل كتلة يف عملية تعرف بانتاج الزوج.

انتاج الزوج ) معكوس الفناء( الفناء وجه املقارنةبضديد الجسيم حيث حالة تحدث عندما يتصادم الجسيم املفهوم

يفني كل منهما اآلخر وتنتج طاقة. تحول الطاقة الى جسيمات مزدوجة )مادة وضديد المادة(

مثال

عند تصادم البويزترون وااللكترون ، يفني كل منهما 1.02اآلخر وتنتج طاقة في صورة أشعة جاما مقدارها

MeV.

ee

على األقل بالقرب من MeV 1.02عندما يعبر شعاع جاما طاقته

نواة فانه ينتج زوج من البويزترون وااللكترون. ee

بالقرب من نواة فانه ينتج زوج من البويزترون وااللكترون. بينما يظهر الفائض MeV 1.02عندما يعبر شعاع جاما طاقته أكبر من مالحظة:

في الطاقة على شكل طاقة حركية للبويزترون وااللكترون، فيتصادم البويزترون مع الكترون آخر ليفني كل منهما اآلخر ، فتنتج

. MeV 1.02اشعاعان أو ثالثة من اشعاعات جاما ال تقل طاقتها الكلية عن

انتاج الزوج والفناء

قةالتحوالت بني الكتلة والطا

على النموذج املعياريتدريبات

56

تتواجد على شكل أزواج. لها ضديد الجسيمكالكوراكات واللبتونات جميع الجسيمات في الكون متعاكستان، فهما شحنتيهمايتماثل ضديد الجسيمات مع الجسيمات في كل شيء عدا.

البويزترون مثال في المجال مغناطيسي لغرفة الفقاعة فانهما يدوران في اتجاهان متعاكسان. -فعندما يتحرك زوج االلكترون أما أشعة جاما المنتجة فهي ال تتبع المسار وال تتأثر بالمجال المغناطيسي لغرفة افقاعة ألنها غير مشحونة.

م وضديده يفني كل منهما اآلخر، ويتحوالن الى طاقة في صورة أشعة جاما )فوتونات(.عندما يصطدم الجسي

( e-الكترون ) اجلسيم

1e-شحنته:

(uالكوارك العلوي )

eشحنته:3

2

(dالكوارك السفلي)

eشحنته:3

1

(uudالبروتون)

1e+شحنته:

(e+بويزترون ) ضديد اجلسيم

: 1e+ شحنتته

ضديد الكوارك العلوي)

u)

eشحنته:3

2

ضديد الكوارك السفلي)

d)

eشحنته:3

1

ضديد البروتون)

duu)

1e-شحنته:

.العدد الكلي للكواركات واللبتونات في الكون ثابت، حيث ان الكواركات واللبتونات توجد أو تفنى فقط بوصفهما زوج ) جسيم وضديد الجسيم(

: حدد ما اذا كانت التفاعالت التالية ممكنة أم ال. وضح اجابتك.1تدريب

1) e

2) e

3 ) pe

: ميكن لكل من البوزترون وااللكرتون أن يفني أحدهما اآلخر .2تدريب السابق.أكتب املعادلة التي توضح التفاعل (1

........................................................................................................................................................................

kg 31- 10×9.11لة االلكرتون علما بأن كت eVاحسب الطاقة الكلية ألشعة جاما املنبعثة بوحدة اجلول و بوحدة (2

.............................................................................................................................................................................................

.............................................................................................................................................................................................

.............................................................................................................................................................................................

.............................................................................................................................................................................................

.............................................................................................................................................................................................

وطاقة اآلخر KeV225شف عن اثنني من اشعاعات جاما ، فكانت طاقة أحدها اشعاعات جاما. مت الك 3اذا نتج عن التفاعل السابق (3KeV357 ما طاقة اشعاع جاما الثالث؟ .

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

كأزواججسيمات املادة وضديد املادة تتواجد

قانون حفظ اجلسيمات

متنوعة على التحوالت بني الكتلة والطاقةتدريبات

57

kg271067.1كتلة الربوتون ، :3تدريب :أجب عما يلي .أوجد الطاقة املكافئة لكتلة الربوتون بوحدة اجلول -1

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

.eVحول هذه القيمة اىل وحدة -2

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................

أوجد الطاقة الكلية الصغرى ألشعة جاما التي ميكن أن تؤدي اىل تكون زوج من الربوتون وضديد الربوتون. -3

..............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

، احسب :1.008665uلنيوترون : كتلة ا 4تدريب . MeVالطاقة املكافئة لكتلة النيوترون بوحدة -أ

................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

الطاقة الكلية الصغرى ألشعة جاما التي ميكن أن تؤدي اىل تكون زوج من النيوترون وأنتي نيوترون. -ب

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

كرتون وزوج نيوترينو . ما مقدار الطاقة الناجتة عن هذا االضمحالل؟، وهو يضمحل اىل ال0.1135u: كتلة امليون 5تدريب

kg311011.9علما بأن كتلة االلكرتون= وأن ،kgu 27106605.11

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

58

يف األنوية الغري مستقرة. اضمحالل الربوتونات اىل نيوتروناتأو النيوترونات اىل بروتوناتحيدث انبعاث بيتا عند اضمحالل

اضمحالل النيوترونات اىل بروتونات. -1

يضمحل النيوترون الحر في النواة غير المستقرة الى بروتون ويرافقه انبعاث الكترون سالب )جسيم بيتاوأنتي نيوترينو ).

: جسيم كتلته صغيرة جدا وهو عديم الشحنة وله زخم وطاقة كالفوتون.األنتي نيوترينو

ولذا فانه ال يضمحل الى بروتون. النواة المستقرةال يوجد نيوترون حر داخل

اضمحالل الربوتونات اىل نيوترونات. -2

يتحول البروتون داخل النواة الى نيوترون ويرافقه انبعاث بويزترون ) جسيم بيتا.ونيوترينو)

: اضمحالل النيوترونات الى بروتونات ال يمكن تفسيره بواسطة القوة النووية القوية. حيث يشير انبعاث بيتا لوجود تفاعل آخرمالحظة

يؤثر في النواة وهو القوة النووية الضعيفة.

حيدث انبعاث بيتا يف منوذج الكوارك على مرحلتني:

اضمحالل النيوترونات اىل بروتونات. -1

.W-وينبعث بوزون uواحد في النيوترون الى كوارك dيتحول كوارك -أ

وانتي نيوترينو. الى الكترون W-يتحول البوزون -ب

اضمحالل الربوتونات اىل نيوترونات. -2

.W+ وينبعث بوزون dواحد في البروتون الى كوارك uيتحول كوارك -أ

الى بويزترون ونيوترينو. W+يتحول البوزون -ب

مالحظات: التحول من كوارك آلخر.هو احدى حامالت القوى الضعيفة ويترافق ظهوره مع : Wالبوزون -1

هو احدى حامالت القوى الضعيفة ويحدث تفاعال بين النيوكلونات في النواة وااللكترونات أضعف من القوة الكهرومغناطيسية ، وال : Zالبوزون -2

يترافق مع التحول من كوارك آلخر. صغيرة جدا أصغر من أي من الجسيمات المعروفة.أظهرت التجارب األخيرة أن النيوترينو وضديده لهما كتلة -3

باعثات بيتا والتفاعل الضعيف

النبعاث بيتامنوذج الكوارك

000

1

1

0

1

1 enp

Wud

Wdu

eW

000

1

1

1

1

0 epn_

eW_

59

: أجيالتنقسم الكواركات واللبتونات اىل ثالث

eedu)وتتكون من : اجليل األول -1 ) وهذه الجسيمات هي المكون األساسي للعالم الحالي. فكما نعلم أن المواد في العالم المحيط

تتكون من بروتونات ونيوترونات والكترونات والتي تتركب أصال من جسيمات الجيل األول. ( uudأي ) dوكوارك واحد uكوارك 2البروتونات تتكون من فمثال :

)وتتكون من : اجليل الثاني -2 sc) وال تتواجد هذه الجسيمات في المواد االعتيادية ولكنها توجد في األشعة الكونية العالية ،

الطاقة وتنتج في مسارعات الجسيمات العالية الطاقة.

)وتتكون من :اجليل الثالث -3 bt) ويعتقد أن هذه الجسيمات كانت مستثارة قليال خالل اللحظات األولى من االنفجار ،

العظيم، ونتجت عن تصادمات عالية الطاقة.

وكتلة الكواركات واللبتوناتهيغز البوزون

أن البوزون هيغز هو المسئول عن اكساب المادة لكتلتها بما فيها الكواركات واللبتونات بعدما كان افتراضيا. 2013أثبت العلماء في مارس

, وأن الجسيمات تجد مقاومة تحت تأثير هذا المجال مما يؤدي لظهور ما يسمى " مجال هيغز" ذلك فان مجاال ينشأ حول بوزن هيغزوبحسب

تلة الجسيم".نسميه "ك

االلكترون يالقي مقاومة صغيرة تحت تأثير هذا المجال لذا تكون له كتلة صغيرة على عكس البروتون والذي يالقي مقاومة أكبر لذا تكون مثال:

له كتلة كبيرة نسبيا.

مالحظات ) لالطالع فقط(:

في الجيل األول لنفس . فكتل الجسيمات كتلها تم بناءا على أجيالتصنيف الجسيمات الى ثالث

cالنوع هي األقل ، وكتل الجسيمات في الجيل الثالث لنفس النوع هي األكبر. فمثال كتلة الكوارك

.cأكبر من كتلة الكوارك t، وكتلة الكوارك uأكبر من كتلة الكوارك

اختبار النموذج املعياري

60

مت تصنيف القوى يف الكون اىل أربعة أنواع بناءا على:

االختالف في مقدارها ) فبعضها شديد واآلخر ضعيف( -1 ؤثر فيها ) فبعضها يؤثر في الشحنة واآلخر بالكتلة(.تاالختالف في الكميات التي -2 االختالف في مدى تلك القوى تبعا للمسافات ) فبعضها قصير المدى والىخر طويل المدى( -3 اختالف حامالت القوى فيها . -4

اجلاذبيةقوة القوى النووية الشديدة القوى الكهرومغناطيسية القوى النووية الضعيفة وجه املقارنة

ن قوى التجاذب التى تنشأ بي

األجسام بفعل كتلها.

القوى المسؤولة عن تفكك

وتحلل ذرات المادة كما يحدث

بالنشاط االشعاعي. مثل انبعاث

بيتا.

ت القوى التي تؤثر بالجسيما

الكهربية وهي ذات الشحنة

المسؤولة عن ربط الذرات

ببعضها البعض في المادة.

ات القوى التي تربط البروتون

ربط والنيوترونات في النواة وت

.الكواركات مع بعضها البعض

املفهوم

مرة من 3610ضعيفة جدا )أقل

القوى الشديدة(.

مرة من 610ضعيفة )أقل

القوى الشديدة(.

القوى مرة من 100كبيرة )أقل

الشديدة( املقدار كبيرة جدا

املدى قصير كبير قصير جدا كبير جدا

الجلونات الفوتونات Z,Wالبوزونات الجرافيتونحامالت

القوى

علل ملا يلي: القوى الكهررومغناطيسية تؤثر على مدى واسع. -1

ألن كتلة الفوتونات تساوي صفر. ج:

القوى الضعيفة تؤثر يف مسافات قصرية جدا. -2

كبيرة نسبيا. Z,Wألن كتل البوزونات ج:

األوىل يعتقد العلماء أن القوى الكهرومغناطيسية والقوى الضعيفة كانت متحدتني يف قوة واحدة تسمى " القوة الكهربائية الضعيفة" خالل اللحظات املستعر ، وهو انفجار هائل حيدث للنجم عند نهاية عمره.للكون. أي قبل حدوث انفجار النجم فوق

؟ملاذا توجد أربع قوى يف الكون

القوة الكهربائية الضعيفة !!!

61

حياول العلماء حاليا للتوصل اىل نظرية موحدة للقوى األربع مسيت بـ" نظرية االحتاد التام Grand unified Theory تستطيع " اآلن.تفسري كل شيء بالكون ولكنه مل يتم التوصل اىل ذلك حىت

متكن العلماء بالفعل من توحيد القوى الكهرومغناطيسية والقوى الضعيفة فيما يعرف بـ" القوى الكهربائية الضعيفة" يف العام1970.

حاليا هناك حماوالت لدمج القوى الشديدة يف النظرية . وقد باءت مجيع حماوالت العلماء لدمج " قوة اجلاذبية" مع القوى الثالث الفشل.األخرى ب

. النموذج املعياري لبناء املادة ينطبق فقط على جزء صغري من الكون فقط

من كتلة الكون. %84ال ميكن تطبيق النموذج املعياري على اجلزء األكرب من الكون وهو ما يعرف بـ" املادة املعتمة"، و يشكل

ما هي املادة املعتمة؟

هي مادة سوداء ال ميكن رؤيتها وال تتفاعل مع الفوتونات أو املادة العادية ما عدا قوة التجاذب أي أنها تبدو كطاقة معتمة وقوة غري معروفة تعمل على تسارع متدد الكون.

مع متنياتي لكم بدوام النجاح والتوفيق نبيل ابراهيم امللكأ/

نظرية االحتاد التام

النموذج املعياري ومشكلة " املادة املعتمة"

313 زــيف 5ءايزيف - phys123...2 ميحرلا نęرلا İا مسب دعب امأ...

Documents